Tema 1 III Unidad Núcleo (1) PDF

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República bolivariana de Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para la Educación Universidad Nacional Experimental “Francisco De Miranda” Área De Ciencias De La Salud-Medicina Barinas Estado Barinas El Núcleo Docente: Autores: Dr. Jhonny Artahona Paula Maceas C.I: 32.621.406 Yeraldi Segura C.I: 31.886.903 Harold Bohorque C.I: 32.379.493 Maurelys Barrueta C.I: 32.082.479 Nelcire Briceño C.I: 32.250.765 Marisabel Barazarte: 32.819.297 Camilo Santana C.I: 32.660.496 Martha Serrano C.I: 32.308.722 Jesmar Suescun C.I: 32.332.730 Barinas, enero 2025  RESUMEN Comprender que el núcleo celular es esencial en las células eucariotas, albergando el material genético y regulando funciones celulares. Su membrana nuclear de doble capa presenta poros que permiten el intercambio de sustancias. La cromatina, compuesta de ADN y proteínas, se organiza en eucromatina (activa) y heterocromatina (inactiva). El nucléolo, que se origina en regiones específicas de la cromatina, es crucial para la síntesis de ARN ribosómico y la formación de ribosomas. Este informe explorará la morfología y funciones del núcleo celular y su relevancia en la biología. INTRODUCCIÓN En este informe se explorarán en detalle estas características morfológicas y funcionales del núcleo celular, proporcionando una comprensión integral de su importancia en la biología celular. El núcleo celular es uno de los organelos más importantes en las células eucariotas, actuando como el centro de control que alberga la información genética. Su morfología es notablemente compleja, compuesta por una membrana nuclear que se estructura en dos capas, la cual presenta una ultraestructura que incluye poros nucleares. Estos poros son esenciales para el intercambio de materiales entre el núcleo y el citoplasma, regulando el paso de proteínas, ARN y otros componentes críticos. La composición química de la membrana nuclear incluye lípidos y proteínas, que no solo brindan integridad estructural, sino que también facilitan la comunicación entre el núcleo y el resto de la célula. Dentro del núcleo se encuentra la cromatina, que se organiza en dos tipos principales: la eucromatina y la heterocromatina La composición química de la cromatina incluye ADN asociado a histonas y otras proteínas que regulan su estructura y función. El nucléolo, otra estructura clave dentro del núcleo, tiene su origen en regiones específicas de la cromatina donde se agrupan los genes ribosomales. Su estructura es altamente dinámica y su función principal es la biogénesis de ribosomas a través de la síntesis y ensamblaje de ARN ribosómico con proteínas. Además, participa en procesos de regulación celular como el ciclo celular y apoptosis. EL NUCLEO: El núcleo es uno de los compartimientos esenciales de la célula eucariota que contiene la mayor parte del material genético de la célula. Este ocupa un 10% del volumen total de la célula y en el se halla confinado el ADN, excepto el de las mitocondrias y lo delimita la envoltura nuclear o carioteca que consiste en dos membranas concéntricas que se continúan con la membrana del retículo endoplasmatico y que delimitan su espacio interno, esta envoltura posee numerosas perforaciones llamadas Poros (se encuentran distribuidos más o menos por toda la envoltura) y comunican el interior del núcleo con el citosol, reforzadas por dos mallas de filamentos, una sobre la superficie interna de la envoltura y la otra sobre la superficie externa. Dentro del núcleo podemos encontrar los siguientes elementos: 1. Cuarenta y seis cromosomas, cada uno formados por una sola molécula de ADN combinadas con varias proteínas. 2. Varias clases de ARN (mensajero, ribosómicos, de transferencia) que luego se sintetizan en el núcleo al ser transcritos por sus genes para luego salir del núcleo por los poros de la envoltura nuclear. 3. El nucleolo (Donde se localizan los genes del ARNr y ARNr recién sintetizados). 4. Diversas proteínas que regulan la actividad de los genes como las que se combinan ARNr en el nucleolo, las que se encargan del procesamiento del ARN, ADN polimerasas, etc. 5. Todos estos elementos se encuentran dispersos en la matriz nuclear o nucleoneoplasma (liquido acuoso donde se encuentran la cromatina y el nucleolo). Ultraestructura del núcleo: El núcleo contiene información genética, junto con la maquinaria para la duplicación del ADN y la transcripción y el procesamiento del ARN. El núcleo de una célula que no está dividiéndose (célula en interfase), está formado por los siguientes componentes: 1. Envoltura nuclear: Es un sistema de doble membrana que rodea el núcleo de la célula. Esta compuesta por una membrana interna y una externa que están separas por un espacio con perforaciones denominados poros nucleares. Proporciona una barrera membranosa permeable selectiva entre el compartimiento nuclear y el citoplasma, que encierra la cromatina. La envoltura nuclear se forma a partir de dos membranas nucleares con la cisterna perinuclear entre ellas. El espacio claro de la cisterna perinuclear es continuo con el espacio de la cisterna del RER. Las dos membranas de la envoltura nuclear contienen poros nucleares que median el transporte activo de proteínas, ribonucleoproteínas y el ARN entre el núcleo y el citoplasma. 2. Membrana nuclear externa: Se parece mucho a la membrana del retículo endoplasmático y de hecho es continua con la membrana del RER. Se suelen observar polirribosomas adheridos a las proteínas de acoplamiento que se hayan presente en el lado citoplasmático de la membrana nuclear externa. 3. Membrana nuclear interna: Esta sostenida por una malla rígida de proteínas de filamento intermedio adosada a su superficie interna llamada lamina nuclear. Además, esta membrana contiene receptores de láminas específicos y varias proteínas asociadas con las laminas que se unen con los cromosomas y aseguran la fijación de la lámina nuclear. 4. Lamina Nuclear: Está formada por lamentos intermedios y es continua a la membrana nuclear interna. Es una delgada capa reticular electrodensa de filamentos intermedios y se ubica debajo de la membrana nuclear. Además de su función de soporte o “nucleoesqueletica”, es imprescindible en muchas actividades nucleares, como la duplicación y transcripción de ADN y la regulación génica. La envoltura nuclear presenta una serie de aberturas denominadas poros nucleares. En numerosos sitios, el par de membranas de la envoltura nuclear esta perforado por “orificos” de 79 nm a 80nm. Estos poros se forman a partir de la fusión de las membranas interna y externa de la envoltura nuclear. 5. El Nucleoplasma: Es todo el contenido nuclear que no es cromatina ni nucleolo, es el material cerrado por la envoltura nuclear con excepción de la cromatina y el nucleolo. Si bien en el nucleoplasma algunas veces se encuentran inclusiones cristalinas, víricas y de otro tipo, hasta hace poco las técnicas morfológicas lo mostraban amorfo. Recientemente, se han identificado nuevas estructuras dentro del nucleoplasma, entre las que se incluyen las formaciones basadas en laminas intranuclares, los filamentos proteicos que mantienen el interior del núcleo desde el complejo de poro nuclear y la maquinaria de transcripción y procesamiento de ARN ligada a los genes activos. 6. La Cromatina: es un complejo de ADN y proteínas responsable de la basofília característica del núcleo. Cada célula eucariótica contiene cerca de 6 000 millones de bits de información codificados en la estructura del ADN, el cual tiene una longitud total aproximada de 1,8 m. La longitud de la molécula de ADN es unas 100 000 veces mayor que el diámetro nuclear. Por lo tanto, el ADN debe estar muy plegado y compactado en el núcleo de la célula. Esto se logra mediante la formación de un complejo singular de nucleoproteínas denominado cromatina. El complejo de cromatina está compuesto por ADN y proteínas estructurales. Un plegado adicional de la cromatina, como el que ocurre durante la mitosis, produce estructuras denominadas cromosomas. En el núcleo se encuentran dos formas de cromatina: una forma condensada que recibe el nombre de heterocromatina y una forma dispersa que se denomina eucromatina. El material densamente teñido es cromatina muy condensada  denominada heterocromatina, y el material de tinción más claro (donde se localizan la mayoría de los genes transcripcionalmente activos) es una forma dispersa llamada eucromatina. Los grupos fosfato del ADN son responsables por la basofília característica de la cromatina. Las unidades más pequeñas de la estructura de la cromatina son los complejos macromoleculares de ADN e histonas, denominados nucleosomas. Los nucleosomas se encuentran tanto en la eucromatina como en la heterocromatina y en los cromosomas. Estas partículas de 10 nm de diámetro representan el primer nivel de plegado de cromatina y se forman por el enrollamiento de la molécula de ADN alrededor de un núcleo proteico. En las células en división, la cromatina está condensada y organizada en cuerpos bien denidos denominados cromosomas. 7. El Nucleolo: es una región pequeña dentro del núcleo que contiene los genes de ARN ribosómico (ARNr) transcrip-cionalmente activos, ARNr y proteínas. El nucléolo es el sitio de síntesis del ARNr y contiene proteínas reguladoras del ciclo celular. Funciones generales del Núcleo: 1. Almacenamiento genético: La función principal del núcleo es albergar la información genética necesaria para la producción, reproducción y funcionamiento celular. 2. Regulación de la expresión génica: Es la que se encarga de controlar cuando se activan o se desactivan los genes, lo que hace que este determine el desarrollo, la respuesta a los estímulos ambientales y funciones de la célula. 3. Replicación del ADN: Es el proceso que lleva a cabo una célula antes que se divida para duplicar una molécula de ADN en el núcleo y asegurar que reciba una copia completa del gen.  4. Producción de ribosomas: A través del nucleolo, el núcleo ensambla subunidades ribosomales que luego se trasladan al citoplasma para participar en la síntesis de ARN ribosómico y proteínas esenciales. 5. Síntesis de ARN: el núcleo es el lugar donde se lleva a cabo la síntesis de ARN ribosómico, lo que lo hace crucial para formar ribosomas y lo que lo hace esencial para la síntesis de proteínas. CROMATINA: La cromatina es una estructura macromolecular compleja que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y esta compuesto principalmente por ADN y proteínas. Composición: ADN: Es la principal molécula presente en la cromatina ya que es la que contiene la información genética. Histonas: Son proteínas básicas principales asociadas al ADN en la cromatina, existiendo varios tipos de histonas (H1, H2A, H2B, H3 y H4), las cuales se agrupan para formar el núcleo del nucleosoma y favorecen a empaquetar de manera eficiente el ADN. Proteínas no histonicas: Además de las histonas, existen muchas más proteínas que interactúan con la cromatina, como las proteínas no histonicas que incluyen factores de transcripción, replicación y acceso al ADN y, enzimas que modifican químicamente las histonas (metilasas y acetilasas). Clasificación: La cromatina se clasifica principalmente en dos tipos: 1. Cromatina Eucromatica: Es donde se encuentran la mayoría de los genes, es decir, que contiene una alta proporción de ADN que se expresan en la célula, suelen encontrarse en las regiones centrales de los cromosomas durante la interfase del ciclo celular y su estructura es menos densa y mas abierta lo que permite el acceso a enzimas necesarias para la transcripción. 2. Cromatina Heterocromatica: La heterocromatina es muy importante en la regulación genética y en el mantenimiento de la estructura del cromosoma, se encuentra normalmente en los extremos del cromosoma (telometros) y en regiones específicas del núcleo y está  involucrada en la activación del cromosoma X en las hembras (mamíferos) y en la protección de genomas de elementos móviles y, a diferencia de la cromatina eucromatica esta es más compacta y densa lo que dificulta el acceso al ADN por parte de las enzimas de transcripción, además contiene menos genes activos y a menudo está asociado con secuencias repetitivas de ADN. Dentro de estas categorías, también se pueden identificar subtipos o clasificaciones adicionales, como la heterocromatina constitutiva (siempre inactiva) y la heterocromatina facultativa (que puede volverse activa bajo ciertas condiciones). Organización: 1. Nucleosomas: Es la unidad básica de la cromatina que consta de ADN y material genético enrollado en octometros y juntos forman el nucleosoma (compuesto por 8 proteínas histonicas y aproximadamente 200 nucleótidos de ADN). 2. Cromatosomas: El cromatosoma es una subunidad del cromosoma que consta de 116 pares de bases de ADN enrolladas alrededor de un núcleo de histona H1, también forma parte de la estructura de los nucleosomas y ayuda a compactar el ADN. 3. Cadenas de nucleosomas: Son estructuras complejas que se forman en fibras cuando los nucleosomas se conectan entre sí por un fragmento de ADN que pueden tener diferentes grados de compactación y forman una estructura parecida a un collar de perlas. EL NUCLEOLO: Es una ultraestructura esférica que te tiñe de un tono mas oscuro que el resto del núcleo, es el lugar de la síntesis de rRNA y del ensamblaje ribosómico. Carece de membrana limitante y al microscopio electrónico presenta una parte fibrilar y otra granular, cuyos componentes principales son el acido ribonucleico (ARN) y las proteínas. En algunas células el nucleolo esta rodeado por un anillo de cromatina asociada. El nucleolo participa en la formación de ribosomas e interviene en la síntesis de proteínas. Una célula no suele tener un solo nucleolo sino varios y, el numero varia entre células, o según el estado de diferenciación o fisiológico. Las células de mamíferos contienen desde 1 a 5 núcleos. Sus dimensiones varían dependiendo de la actividad de la célula y puede llegar a ser muy grande, del orden de micrómetros de diámetro. En la interfase (fuera de la fase de mitosis), muchos nucleolos se pueden asociar para formar otros mas grandes. Normalmente las células que están realizando una gran síntesis de proteínas poseen nucleolos grandes. En algunas células, como los espermatozoides, no son visibles, aunque el nucleolo no es visible en algunas fases del ciclo celular, por ejemplo, desaparece durante la profase mitótica, o en periodos concretos de la diferenciación celular, se acepta que una célula que no tiene nucleolo está muerta o está muriendo.  El nucleolo desparece durante la profase mitótica, permitiendo a la cromatina que lo forma reorganizarse para construir los cromosomas. Su cromatina se condensa y las proteínas que forman parte del nucleolo se asocian a los cromosomas. Durante la telofase, la cromatina que formara parte del nucleolo se descondensa y se reúne con las proteínas nucleares para formar nuevos nucleolos. Para que se forme un nuevo nucleolo es necesario, no solo que se agrupen estas proteínas y regiones del ADN, sino que se produzca actividad de transcripción, es decir, que los genes se transcriban en pre-ARNr-45S. Ultraestructura: 1. Parte amorfa: Corresponde a los espacios con escasa electrondensidad. Posee ADN. Equivale al nucleoplasma. 2. Parte Densa: Se subdivide en: a) Región Granular: Constituye la parte externa en la cual se encuentran ensambladas las demás zonas fibrilares para construir el nucleolo. Además, contienen gránulos de ribonucleoproteínas en distintas fases de maduración. Se encuentra rodeado de heterocromatina; se piensa que este ADN compactado puede tener un papel en la transcripción del ARN ribosomal y también se da el ensamblaje de dichos ribosomas. - Posee gránulos de ribonucleoproteínas de 25 nm. - Es un depósito de partículas pre-ribosómicas. b) Región Fibrilar: Constituye la parte interna del nucleolo ya que el procesamiento del pre-ARN ribosomal 45S ocurre en el componente fibrilar el cual es denso y el proceso se extiende hasta el componente granular. Es en esta región en donde ocurre el ensamblaje de dichos ribosomas. - Mas densa. - Posee fibrillas de 8-10 nm. - Contiene ribonucleoproteínas. c) Centro Fibrilar: Se encuentra rodeado por la zona fibrilar densa seguida de la zona granular. En esta última región es donde se produce el procesamiento inicial del transcrito primario del pre-ARNr-45S (el corte del transcrito primario en trozos más pequeños). Las células que poseen alta síntesis de ribosomas poseen un numero bajo de centros fibrilares, mientras que las células con metabolismos reducidos (como los linfocitos), poseen centros fibrilares de mayor tamaño. Existen casos puntuales, como en las neuronas con un metabolismo muy activo, cuyo nucleolo posee un centro fibrilar gigante.  - Posee fibrillas agrupadas en un cuerpo esférico. - Contiene ADN y ARN. - Corresponde a los organizadores nucleolares activos. d) Zona de transición: Esta es la zona donde se conecta la región fibrilar y la región granular y es donde ocurre la maduración final de las subunidades ribosomales antes de que se liberen al citoplasma. Funciones del Nucleolo: 1. Producción de ribosomas: El nucleolo, es el sitio donde se ensamblan las subunidades ribosomales, jugando un papel crucial en la biogénesis de los ribosomas. Estas subunidades se transportan luego al citoplasma para formar ribosomas funcionales. 2. Síntesis de ARN: En el nucleolo se lleva a cabo la transcripción del ADN para producir ARN ribosómico (ARNr), que es esencial para la síntesis de proteínas. 3. Regulación del ciclo celular y apoptosis: Se ha encontrado que el nucleolo también juega un papel importante en la regulación del ciclo celular y en la respuesta del estrés celular y puede influir en procesos como la apoptosis (muerte celular programada) y en situaciones de estrés el nucleolo puede modificar su actividad para ayudar a la célula a adaptarse y sobrevivir. 4. Almacenamiento de proteínas: El nucleolo también cumple la función de actuar como un reservorio de proteínas que luego se ensamblan en ribosomas.  CONCLUSION El núcleo celular, es fundamental en las células eucariotas, es el que contiene el material genético y actúa como centro de control. Su estructura incluye una membrana nuclear de doble capa con poros nucleares que facilitan el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma. Esta membrana está compuesta por lípidos y proteínas que son esenciales para su función. Dentro del núcleo se encuentra la cromatina, que se clasifica en eucromatina, activa en transcripción, y heterocromatina, más compacta e inactiva. La cromatina está formada por ADN y proteínas que regulan su actividad genética. El nucléolo es la estructura clave para la biogénesis ribosómica, originándose en regiones específicas de la cromatina donde se agrupan los genes ribosomales. Su función principal es la síntesis de ARN ribosómico y el ensamblaje de ribosomas, además de participar en la regulación del ciclo celular y las respuestas al estrés. Referencias: Dyson R. Principios de biología celular. Fondo educativo interamericano. 1ra edición. Núcleo celular. Estructura y expresión génica. Dolores Javier Sánchez Gonzales, Nayali Isabel Trejo Bahena. 102. Principios de bioquímica. Cuarta edición. H Robert Horton 1.8. Celulas. Albert B, Johnson A, Raff M, Roberts K y Waller J (2002. Molecular biogy of the cell 4ta edición).