ORGANIZACIÓN Y FUNCIONES DE LA CÉLULA EUCARIOTA

1. Características de las células eucariotas

Las células eucariotas son las células que contienen un núcleo definido, en donde está contenido su material genético. El término “eucariota” es un helenismo formado por las raíces “eu”, cierto, verdadero, y “karyon”, que significa núcleo o nuez, y se refiere a las células “con verdadero núcleo”.

Las células eucariotas son las más recientes en el proceso evolutivo, y se diferencian con de las procariotas (“previas al núcleo”) en que el material genético: ADN y ARN, se encuentran en una estructura definida que se conoce como núcleo, mientras que las procariotas tienen el material genético disperso en todo el citoplasma.

Las células eucariotas tienen tres partes bien diferenciadas: la membrana, que la envuelve; el citoplasma, que rellena gran parte de la célula y donde funcionan los organelos u orgánulos, y el núcleo, donde se encuentra la información genética de la célula.

Las células eucariotas conforman a los organismos unicelulares cuyas células tienen un núcleo celular definido, y a todos los organismos pluricelulares. Hay dos tipos de células eucariotas: animales y vegetales. La principal diferencia entre ellas, es que las eucariotas animales, son células heterótrofas, o sea, que su alimento lo obtienen del exterior, mientras que las vegetales producen su propio alimento mediante orgánulos como las vacuolas y los cloroplastos.

Características de la célula eucariota:

Existen dos tipos:

• Animales 
• Vegetales.

Estructura de la cela eucariota:

Las eucariotas se encuentran formadas por tres partes principales:

1.- MEMBRANA:

• Membrana.- La membrana se encuentra formada por láminas de proteínas que rodean y dan forma a la célula y la aíslan del medio que la circunda. A través de la membrana puede intercambiar nutrientes y oxígeno del medio.
• Cilios y flagelos.- Son estructuras que pertenecen a la menbrana y le permiten moverse y desplazarse en su medio. Se encuentran en muchos organismos unicelulares.

2.- CITOPLASMA:

• Citoplasma.- El citoplasma está formado por un medio líquido en el que se encuentran disueltas sustancias minerales, proteínas y azúcares. En este medio acuoso se producen las reacciones químicas que dan energía a la célula y también se encuentran las estructuras de soporte y los organelos u orgánulos, que realizan funciones especializadas dentro de la célula.

Orgánulos comunes. Dentro del citoplasma se encuentran los orgánulos que cumplen funciones de alimentación, respiración y producción de sustancias que necesita la célula. Existen orgánulos que son comunes tanto a las células vegetales, como animales:

• Retículo endoplásmico. Es una red de túbos y sacos que se encargan de transportar nutrientes a través de la célula. Hay dos tipos de retículos: Liso y rugoso. El retículo endoplásmico liso se encuentra en las células que producen hormonas, en las células hepáticas y en las que se encargan de la metabolización de las grasas. Está formada por sacos aplanados y lisos. El retículo endoplásmico rugoso se le llama así porque en sus paredes se encuentran insertos los ribosomas.
• Ribosomas. Son las estructuras encargadas de producir proteínas, a partir de los fragmentos de ARN que recibe del núcleo celular. Esta información también les permite crear proteínas de cadenas largas, funciones conocidas como síntesis de proteínas.
• Aparato de Golgi. En este organelo se combinan las proteínas y las grasas del retículo endoplásmico con azúcares (carbohidratos). También maneja los productos de desecho celular que se secretarán al exterior de la célula.
  En el citoplasma de la célula eucariota, se encuentran suspendidos los organelos, en estos la forma y funciones se encuentran ya definidas, y en estas células cuentan con una envoltura propia hecha de membrana lipídica.
• Lisosomas. Constituyen el aparato digestivo de la célula. En estas estructuras se encuentran varias enzimas que se encargan de metabolizar grasas, azúcares, proteínas y ácidos nucleicos, descomponiéndolos en sustancias más sencillas que puedan ser aprovechadas por la célula. También pueden descomponer o neutralizar algunas sustancias que pueden resultar peligrosas para las células.
• Mitocondrias. Con las estructuras encargadas de la respiración celular y producción de energía. En este orgánulo se degradan las grasas y los azúcares en sustancias más sencillas, liberando energía, la cual se almacena al combinarse y formar trifosfato de adenosina, conocido como ATP.
• Peroxisoma. En las células animales, se encarga de descomponer el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), el etanol y los ácidos grasos en sustancias simples y energía. En las células vegetales convierte los lípidos en carbohidratos en estado de germinación.
• Vacuolas. Son sacos que almacenan agua, materiales alimenticios y de desecho en la célula. Sirven también para regular el equilibrio hídrico en el interior celular. En las células vegetales pueden ocupar una gran parte de su volumen, mientras que en las animales tienen un tamaño mucho menor.
• Citoesqueleto.- Este está formado por una serie de soportes microscópicos estructurados en forma tridimensional y dan la forma al tipo de célula eucariota de que se trata. Pueden ser microtúbulos (con estructura tubular) o microfilamentos (como pequeñas varillas de proteína).

Orgánulos animales.

• Centriolos. Producen los microtúbulos a los que se fija el ADN en el momento de la división celular. También forman el huso acromático durante la división celular.

Orgánulos vegetales.

• Cloroplastos: Son los encargados de recibir la luz solar, para mediante el proceso de fotosíntesis, convertir la luz en sustancias energéticas como el almidón y algunos aminoácidos. Son los que dan el color verde a las plantas.
• Cromoplastos: con organelos semejantes a los cloroplastos, que también utilizan la fotosíntesis para transformar sustancias químicas para la célula. Incluso algunos pueden sintetizar ATP. La cromofila es la sustancia que se encuentra en estas estructruas, y proporciona diversos colores a algunas partes de las plantas, principalmente flores, frutos y raíces.

3.- NÚCLEO

El núcleo consta de 3 estructruras:

• Membrana nuclear. Separa al núcleo del citoplasma. Consta de una serie de poros a través de los cuales intercambia sustancias con el citoplasma y transmite los fragmentos de ARN que hacen funcionar a los ribosmas.
• Núcleo. El núcleo alberga la información genética en las cadenas de ADN (Ácido Desoxirribonucleico), en cual es empaquetado mediante proteínas llamadas histonas, lo que permite que estas cadenas formen pequeños conjuntos llamados histosomas.
• Nucleolo. Una célula puede contener uno o varios nucleolos. En ellos se sintetiza el ARN (Ácido Ribonucléico), encargado de decodificar la información del ADN y transmitirla a otras partes de las células, como los ribosomas, lisosomas y mitocondrias.

1.1. La célula eucariota: partes y funciones

2. Célula animal y vegetal.

Las células animales son las que se encuentran en los animales y las células vegetales son las que podemos encontrar en las plantas y algas.

Ambas células se clasifican comoeucariotas, pues presentan un núcleo definido donde se almacena el material genético. Además en ellas se distinguen una membrana plasmática, organelos membranosos como mitocondrias y retículo endoplasmático, citoplasma y citoesqueleto.

La principal diferencia entre células animales y vegetales es la presencia de una pared celular y de cloroplastos en la célula vegetal. En la tabla siguiente se resumen las diferencias entre estas células:

La célula animal es una célula eucariota caracterizada por la presencia de núcleo, membrana plasmática y citoplasma. Se diferencia de la célula vegetal por la ausencia de pared celular y cloroplastos. Además se pueden encontrar vacuolas más pequeñas y más abundantes en comparación con las de una célula vegetal.

Las células animales pueden adoptar diversas formas. También son capaces de capturar y digerir otras estructuras.

Algunas de las células animales más destacadas son las neuronas del sistema nervioso, los leucocitos del sistema inmunitario, los óvulos y los espermatozoides del sistema reproductor.

La nutrición de las células animales es heterótrofa, lo que quiere decir que necesitan obtener nutrientes y energía del material orgánico de otros seres vivos.

ENERGÍA

La mitocondria es la encargada de generar energía en la célula animal, a través del proceso de respiración celular. En este proceso se produce el ATP a partir de la glucosa.

Las mitocondrias son equivalentes a los cloroplastos presentes en las células vegetales, pues ambos se encargan de producir energía.

VACUOLAS

Las vacuolas se asemejan a unos sacos de agua. En las células animales suelen ser muy numerosas y pequeñas. Su función es almacenar agua, iones y desechos intracelulares.

CITOCINESIS

La citocinesis es la división del citoplasma durante la división celular (mitosis o meiosis). En las células animales se produce a través de un anillo de filamentos de actina, que aprieta la membrana plasmática a la mitad, separando dos nuevas células.

LISOSOMAS Y CENTROSOMAS

Las células animales poseen lisosomas, organelos membranosos que se encargan de la digestión intracelular. También poseen los centrosomas, que son estructuras cilíndricas involucradas en la división celular animal, que no se encuentran en las células vegetales.

Al igual que la célula animal, presenta un núcleo diferenciado, membrana y citoplasma.

Sin embargo, la célula vegetal contiene partes únicas que se encargan del proceso de la fotosíntesis. Algo fundamental, pues permite a las plantas liberar el oxígeno que los seres vivos necesitan para existir.

Características de la célula vegetal

NUTRICIÓN

La nutrición de las células vegetales es autótrofa, por lo que son capaces de sintetizar todos los nutrientes que necesitan a partir de material inorgánico. Es decir, son independientes de otros seres vivos para obtener sus nutrientes.

ENERGÍA

Los cloroplastos presentes en las células vegetales se encargan de llevar a cabo el proceso de fotosíntesis, donde se utiliza la luz solar como fuente de energía. Esto es posible con la ayuda de la clorofila, una sustancia presente en el interior de los cloroplastos que absorbe la luz solar.

Estos cloroplastos se encuentran junto a la membrana y miden aproximadamente cinco micrómetros.

PARED CELULAR

La característica más resaltante de las células vegetales es una pared celular que rodea a la membrana plasmática. Esta pared está compuesta principalmente por celulosa y puede medir entre 0,1 a 10 micras.

La pared celular le otorga protección, estabilidad y rigidez a la célula vegetal.

VACUOLAS

Las células vegetales presentan una sola vacuola de gran tamaño que puede llegar a abarcar hasta 90% de la célula.

Su función es almacenar agua y mantener la turgencia de la célula. Cuando la vacuola está vacía la planta se marchita y pierde rigidez.

CITOCINESIS

En las células vegetales, luego de producirse la división del núcleo, se produce una acumulación de vesículas del Aparato de Golgi. Estas vesículas se fusionan y dan origen a una nueva pared celular entre las dos células.

PLASMODESMATA Y GLIOXISOMAS

En las células vegetales se encuentran los plasmodesmatas, que son poros de la pared celular que permiten el paso de moléculas entre las células vegetales.

Los glioxisomas son organelos que se consiguen únicamente en las células vegetales. En estas estructuras se almacenan y degradan los lípidos, principalmente en las semillas en proceso de germinación.

2.1. Diferencia entre célula vegetal y animal - célula vegetal y animal semejanzas y diferencias

2.2. Las células animal y vegetal

3. Estructura y funciones de la membrana celular: mecanismos de transporte

Membranas celulares: composición, estructura y funciones.

La membrana plasmática es una estructura que rodea y limita completamente a la célula y constituye una «barrera» selectiva que controla el intercambio de sustancias desde el interior celular hacia el medio exterior circundante, y viceversa.

La membrana plasmática posee la misma estructura en todas las células. En cortes ultrafinos aparece como dos bandas oscuras separadas por una banda clara, con un espesor de 7,5 nm. Esta organización es común, además, al resto de las membranas biológicas constituyentes o limitantes de los orgánulos celulares, por lo que se denomina unidad de membrana (o membrana unitaria).

La estructura trilaminar observada en la unidad de membrana se corresponde con una bicapa lipídica con proteínas embebidas. Los lípidos se disponen en una bicapa con las zonas hidrófilas (grupos polares) hacia fuera, mientras que las zonas hidrófobas quedan enfrentadas hacia el interior. Las membranas presentan, por tanto, dos caras: una cara externa y una cara interna que, en el caso de la membrana plasmática, está en contacto con el citoplasma celular. Las proteínas pueden estar asociadas a la cara interna o externa, o ser transmembranales (atraviesan la membrana totalmente).

Con los datos ofrecidos por la microscopía electrónica y los análisis bioquímicos se han ido elaborando varios modelos a lo largo del desarrollo de la biología celular. En la actualidad, el modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado modelo del mosaico fluido, que presenta las siguientes características:

·        Considera que la membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la red cementante y las proteínas están embebidas en ella, interaccionando unas con otras y con los lípidos. Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente.

·        Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico.

·        Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de todos sus componentes químicos: lípidos, proteínas y glúcidos

Estructura de la membrana plasmática según el modelo del mosaico fluido.

COMPOSICIÓN. 

La membrana está compuesta fundamentalmente por lípidos y proteínas, y en menor cantidad por glúcidos. Su composición relativa se determinó por primera vez en eritrocitos de rata ( 40% de lípidos y 60% de proteínas ). Posteriormente se comprobado que dicha proporción es muy similar en el resto de las células aunque puede variar en función del tipo celular; por ejemplo, en los hepatocitos de rata la proporción es de un 58% de lípidos y un 42% de proteínas, mientras que en las fibras nerviosas las proteínas alcanzan menos del 25%, y en músculo esquelético de rata, el 65% del total.

Lípidos de membrana 

Los lípidos de membrana pertenecen fundamentalmente a tres categorías: fosfolípidos, glucolípidosy esteroles.

- Fosfolípidos. Son los lípidos más abundantes en las membranas biológicas. Presentan una zona hidrófila, que constituye las denominadas cabezas polares (glicerina o glicerol en los fosfoglicéridos), y una zona hidrófoba (ácidos grasos), que forma la cola apolar. Los fosfo1ípidos poseen, por tanto, un carácter anfipático.

- Glucolípidos. Son muy semejantes a los fosfolípidos, pero contienen oligosacáridos. En las células animales suelen ser derivados de esfingolípidos. En las células vegetales y procariotas, sin embargo, los glucolípidos derivan de los fosfog1icéridos. Sólo aparecen en la cara externa de la membrana plasmática.

- Esteroles. Derivados del colesterol y presentes en la membrana plasmática de las células eucariotas, son más abundantes, por lo general, en las células animales.

  La membrana plasmática no es una estructura estática: sus componentes tienen posibilidad demovimiento, lo que le proporciona una cierta fluidez.

Los movimientos que pueden realizar los lípidos son:

·        De rotación: supone el giro de la molécula lipídica en torno a su eje mayor. Es muy frecuente y el responsable, en gran medida, de los otros dos movimientos.

·        De difusión lateral: las moléculas lipídicas pueden difundirse libremente de manera lateral dentro de la bicapa. Es el movimiento más frecuente.

·        Flip-flop: es el movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra gracias a unas enzimas llamadas lipasas. Es el movimiento menos frecuente, por ser muy desfavorable energéticamente.

La membrana está compuesta fundamentalmente por lípidos y proteínas, y en menor cantidad por glúcidos. Su composición relativa se determinó por primera vez en eritrocitos de rata ( 40% de lípidos y 60% de proteínas ). Posteriormente se comprobado que dicha proporción es muy similar en el resto de las células aunque puede variar en función del tipo celular; por ejemplo, en los hepatocitos de rata la proporción es de un 58% de lípidos y un 42% de proteínas, mientras que en las fibras nerviosas las proteínas alcanzan menos del 25%, y en músculo esquelético de rata, el 65% del total.

Lípidos de membrana 

Los lípidos de membrana pertenecen fundamentalmente a tres categorías: fosfolípidos, glucolípidosy esteroles.

- Fosfolípidos. Son los lípidos más abundantes en las membranas biológicas. Presentan una zona hidrófila, que constituye las denominadas cabezas polares (glicerina o glicerol en los fosfoglicéridos), y una zona hidrófoba (ácidos grasos), que forma la cola apolar. Los fosfo1ípidos poseen, por tanto, un carácter anfipático.

- Glucolípidos. Son muy semejantes a los fosfolípidos, pero contienen oligosacáridos. En las células animales suelen ser derivados de esfingolípidos. En las células vegetales y procariotas, sin embargo, los glucolípidos derivan de los fosfog1icéridos. Sólo aparecen en la cara externa de la membrana plasmática.

- Esteroles. Derivados del colesterol y presentes en la membrana plasmática de las células eucariotas, son más abundantes, por lo general, en las células animales.

  La membrana plasmática no es una estructura estática: sus componentes tienen posibilidad demovimiento, lo que le proporciona una cierta fluidez.

Los movimientos que pueden realizar los lípidos son:

·        De rotación: supone el giro de la molécula lipídica en torno a su eje mayor. Es muy frecuente y el responsable, en gran medida, de los otros dos movimientos.

·        De difusión lateral: las moléculas lipídicas pueden difundirse libremente de manera lateral dentro de la bicapa. Es el movimiento más frecuente.

·        Flip-flop: es el movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra gracias a unas enzimas llamadas lipasas. Es el movimiento menos frecuente, por ser muy desfavorable energéticamente.

La fluidez o viscosidad es una de las características más importantes de las membranas. Depende de factores como la temperatura (la fluidez aumenta al incrementarse la temperatura), la naturaleza de los lípidos (la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta favorece el aumento de la fluidez) y la presencia de colesterol (endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad). De la fluidez dependen importantes funciones de la membrana, como el transporte, la adhesión celular o la función inmunitaria. Por ello, las membranas poseen mecanismos de adaptación homeoviscosa encargados de mantener la fluidez.

 Proteínas de membrana 

Las proteínas asociadas a la membrana pueden cumplir un papel meramente estructural, funciones de reconocimiento y adhesión, o bien estar implicadas en el transporte y el metabolismo celular. Según su grado de asociación a la membrana se clasifican en dos grupos: integrales y periféricas.

·        Integrales. Estas proteínas se asocian a la membrana mediante enlaces hidrófobos. Sólo pueden separarse de la membrana si se destruye la bicapa (por ejemplo, con detergentes neutros), Dentro de este grupo existen proteínas transmembranales y proteínas asociadas a la cara externa o a la cara interna de la membrana. Algunas proteínas presentan hidratos de carbono unidos a ellas covalentemente (glucoproteínas) y se disponen siempre en el lado externo de la membrana, como los glucolípidos.

·        Periféricas. Son proteínas unidas a la membrana por enlaces de tipo iónico y se separan de ella con facilidad (por ejemplo! con soluciones salinas, que mantienen intacta la bicapa). Aparecen principalmente en la cara interna de la membrana. En este grupo no existen proteínas transmembranales.

Como se ha visto, la composición de los lípidos y de las proteínas es diferente en las dos caras de la membrana. Por esta razón se dice que las membranas son asimétricas, es decir, se pueden diferenciar las caras interna y externa en función de su composición.

Asimetría de la membrana plasmática.

Exteriormente a la membrana algunas células presentan un glicocáliz, compuesto por glucoproteínas, que pueden interaccionar o estar parcialmente incluidas en la membrana plasmática, y por glucolípidos. Esta matriz extracelular es importante en los procesos de reconocimiento e interacción entre las células y los tejidos.

FUNCIONES DE LA MEMBRANA CELULAR. 

La función principal de la membrana plasmática consiste en limitar la célula y, por tanto, en separar el citoplasma y sus orgánulos del medio que los rodea. Este papel no es pasivo, ya que la membrana actúa como una barrera selectiva para el intercambio y el transporte de sustancias. La membrana celular cumple, además, otras funciones esenciales:

- Producción y control de gradientes electroquímicos, ya que en ella se localizan cadenas de transporte y proteínas relacionadas con los mismos.

- Intercambio de señales entre el medio externo y el medio celular.

- División celular: la membrana está implicada en el control y desarrollo de la división celular o citocinesis.

- Inmunidad celular: en la membrana se localizan algunas moléculas con propiedades antigénicas, relacionadas, por ejemplo, con el rechazo en trasplantes de tejidos u órganos de otros individuos.

- Endocitosis y exocitosis: la membrana está relacionada con la captación de partículas de gran tamaño (endocitosis) y con la secreción de sustancias al exterior (exocitosis).

DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA. 

Van dirigidas al desempeño de una función concreta y consistentes en algún tipo de alteración morfológica del contorno de la célula en cualquiera de sus superficies:

- Superficie apical (que da hacia la luz del conducto): son típicas las microvellosidades de algunas células epiteliales. Se tratan de  evaginaciones con forma de dedo de guante que aumentan la superficie de absorción intestinal.

 - Superficie basal (lado opuesto a la luz del conducto): también destacan las células epiteliales, concretamente las que en el riñón presentan invaginaciones que aumentan la superficie de reabsorción de agua en el tubo contorneado proximal de las nefronas.

- Superficie lateral: son las denominadas uniones intercelulares que posibilitan las interacciones entre células vecinas. Son de varios tipos: estrechas o impermeables, que no dejan espacio intercelular alguno,comunicantes o en hendidura, que dejan un reducido espacio intercelular, y adherentes o desmosomas,que, aunque con un espacio intercelular mayor, implican una fuerte unión mecánica entre las células.

4. El citoplasma y sus organelos.

Una de las características distintivas de los eucariotas es la presencia de organelos o compartimientos subcelulares rodeados por membrana. Dentro de los más conspicuos tenemos:

Núcleo

El núcleo es la estructura más conspicua en las células eucariotas. Está delimitado por una doble membrana lipídica porosa que permite el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el interior nuclear.

Es el orgánulo encargado de coordinar todos los procesos celulares, ya que contiene todas las instrucciones necesarias en el ADN que permite llevar a cabo una inmensa variedad de procesos.

El núcleo no es un organelo perfectamente esférico y estático con ADN disperso de manera aleatorio en su interior. Es una estructura de una complejidad exquisita con distintos componentes como: la envoltura nuclear, la cromatina y el nucléolo.

También existen otros cuerpos en el interior del núcleo como los cuerpos de Cajal y los cuerpos PML (del inglés: promyelocytic leukemia).

Las mitocondrias son organelos rodeadas por un sistema de doble membrana y se encuentra tanto en plantas como en animales. El número de mitocondrias por célula varía de acuerdo con las necesidades de la misma: en células con altos requerimientos energéticos el número es relativamente mayor.

Las vías metabólicas que tienen lugar en la mitocondria son: el ciclo del ácido cítrico, el transporte electrónico y la fosforilación oxidativa, la beta oxidación de los ácidos grasos y la ruptura de los aminoácidos.

Los cloroplastos son organelos típicos de plantas y algas, que presentan sistema de membranas complejos. El constituyen más importante es la clorofila, un pigmento verde que participa directamente en la fotosíntesis.

Además de las reacciones asociadas a la fotosíntesis, los cloroplastos pueden generar ATP, sintetizar aminoácidos, ácidos grasos, entre otros. Estudios recientes han demostrado que este compartimiento se relaciona con la producción de sustancias contra patógenos.

El retículo es un sistema de membranas que se continúa con el núcleo y que se extiende por toda la célula en forma de laberinto.

Se divide en retículo endoplasmático liso y en retículo endoplasmático rugoso, dependiendo de la presencia de ribosomas en él. El retículo rugoso se encarga principalmente de la síntesis de proteínas – gracias a los ribosomas anclados. El liso, por su parte, se relaciona con las vías metabólicas de los lípidos

Consiste en una serie de discos aplanados llamados “cisternas golgianas”. Se relaciona con la secreción y modificación de las proteínas. También participa en la síntesis de otras biomoléculas, como lípidos y carbohidratos.

4.1. La Célula, organelos celulares, estructura y función

5. El núcleo celular y sus componentes: Cromatina y cromosomas

La envoltura nuclear está constituida por:

• La membrana externa, que está en comunicación con la membrana del retículo endoplasmático. Presenta también ribosomas asociados y puede realizar las mismas funciones que él 
• El espacio perinuclear, que es prácticamente igual al citosol 
• La membrana interna: presenta proteínas transmembranosas que sirven de anclaje para las otras proteínas que constituyen la lámina nuclear.
• La lámina nuclear: está constituida por proteínas fibrilares que se anclan en la membrana interna y se unen a las fibras de cromatina. Hacen de soporte de la envoltura, y se despolimerizan durante la mitosis produciendo la pérdida de la envoltura.
• Los poros nucleares: perforan la envoltura, siendo contiguas ambas membranas en estos puntos. Tienen un diámetro de 800 Å y están compuestos por gran cantidad de proteínas. Regulan el paso de las proteínas del citoplasma hacia el núcleo y de los ARN en el sentido inverso.

Nucleoplasma y nucleolo

El nucleoplasma o matriz nuclear es una dispersión coloidal en estado gel, compuesta por proteínas relacionadas con la síntesis y el empaquetamiento de los ácidos nucleicos.

El nucleolo está constituido básicamente por ARN y proteínas. Se distingue una zona fibrilar denominada «organizadora nucleolar» donde están, formando bucles, las moléculas de ADN que contienen las múltiples copias de genes de ARN nucleolar . El nucleolo desaparece durante la mitosis, ya que en este momento no se requieren ribosomas para sintetizar proteínas.

Se halla constituida por fibras de ADN en diferentes grados de condensación. El número de filamentos es igual al número de cromosomas durante la división del núcleo.Gracias a la coloración que adquiere con colorantes básicos, desde antiguo se distinguen dos tipos de cromatina: la heterocromatina o cromatina condensada, que no se descondensa durante la interfase, y la eucromatina o cromatina difusa, que sí se descondensa. La heterocromatina que está siempre condensada en todas las células de un organismo se llama heterocromatina constitutiva, y se denomina heterocromatina facultativa aquella que está condensada en sólo algunas células del organismo.

La cromatina está constituida básicamente por la denominada fibra de 100 Å, también llamada «collar de perlas». Dicha fibra está, a su vez, formada por la doble hélice de ADN de 20 Å, que se asocia a unas proteínas básicas denominadas histonas. La fibra de cromatina de 100 Å es una sucesión de nucleosomas. Esta estructura está formada por un octámero de histonas (ocho moléculas de cuatro tipos distintos de histonas), sobre el que se enrolla la fibra de ADN de 20 Å, y separada por un tramo de ADN espaciador.

Cuando la fibra de 100 Å se asocia a un quinto tipo de histona se produce un acortamiento y condensación de la cromatina y se forma la denominada fibra de 300 Å o forma condensada.

Son estructuras con forma de bastoncillo que aparecen durante la división del núcleo, cuando se rompe la envoltura nuclear. Están constituidos por ADN e histonas. Cada fibra de cromatina constituye un cromosoma, siendo su número constante en todas las células del organismo de una misma especie. La función básica es facilitar el reparto de la información genética contenida en el ADN de la célula madre entre sus dos células hijas.

La división celular se inicia cuando ya se ha duplicado el ADN. Por tanto, hay dos fibras idénticas de ADN, que se denominan cromátidas, y que permanecen unidas por un punto denominado centrómero. El cromosoma será distinto según la fase de la mitosis en la que se encuentre; así, el cromosoma metafásico presenta dos cromátidas unidas, mientras que el cromosoma anafásico presenta una sola cromátida.

El centrómero es una constricción primaria que separa los dos brazos del cromosoma, y los telómerosson los extremos de los brazos. Puede aparecer cerca del telómero una constricción secundaria que da lugar a un corto segmento denominado satélite.

NIVELES DE EMPAQUETAMIENTO EN EL CROMOSOMA

• Primer nivel de empaquetamiento de la cromatina: la fibra de 100Å.
• Segundo nivel: la fibra de 300 Å. Éste es el nivel más bajo de empaquetamiento de un cromosoma, y se produce por el enrollamiento de la fibra de 100 Å sobre una histona denominada H1. Este modelo se denomina solenoide.
• Tercer nivel: dominios estructurales en forma de bucle. El grado de empaquetamiento de los cromosomas en el núcleo es del orden de diez mil. Se ha observado que la fibra de 300 Å forma bucles, que según algunos autores están estabilizados en el centro del cromosoma por proteínas, formando el llamado armazón central o andamio.
• Cuarto nivel: sería el formado por estos bucles enrollados sobre sí mismos. Seis bucles formarían una roseta y treinta rosetas seguidas un rodillo.
• Quinto nivel: el cromosoma. Estaría formado por la sucesión de rodillos.

5.1. El Nucleo Celular

6. Organización del material genético ADN y ARN

ADN y ARN son los ácidos nucleicos que conforman la base de nuestro genoma. Estas dos biomoléculas determinan lo que somos como especie y en buena medida, lo que somos como individuos. Sin embargo, el reconocimiento del que hoy gozan ADN y ARN llevó décadas de investigación científica. Nadie quería creer que unas moléculas relativamente sencillas fueran la base de la vida, para un rol tan importante lucía mejor una proteína con sus muchos aminoácidos.

Hoy sabemos que las proteínas dependen de la organización básica que adopta los nucleótidos, que son las piezas que conforman el ADN y ARN

¿Qué es el ADN?

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un ácido nucleico que contiene toda la información genética hereditaria que sirve de “manual de instrucción” para desarrollarnos, vivir y reproducirnos. El ADN se encuentra en el núcleo de las células, aunque una pequeña parte también se localiza en las mitocondrias, de ahí los términos ADN mitocondrial y ADN nuclear. El ADN como ácido nucleico está compuesto por estructuras más simples, las bases nitrogenadas. Estas son 4:

• Adenina
• Guanina
• Citosina
• Timina

El orden que adoptan estas bases determinará nuestro código genético.  

Además de su función más evidente, la de proveer la información genética que nos determina, el ADN tiene otras funciones, por ejemplo:

Replicación

La capacidad de hacer copias de sí mismo permite que la información genética se transfiera de una célula a las células hijas y de generación en generación.

Codificación

La codificación de las proteínas adecuadas para cada célula se realiza gracias a la información que provee el ADN.

Metabolismo celular

Intervienen en el control del metabolismo celular mediante la ayuda del ARN y mediante la síntesis de proteínas y hormonas.

Mutación

Nuestra evolución como especie está determinada por la función de mutación del ADN. También la diversidad biológica responde a esta capacidad.  

¿Qué es el ARN?

El ARN o ácido ribonucleico es el otro tipo de ácido nucleico que posibilita la síntesis de proteínas. Si bien el ADN contiene la información genética, el ARN es el que permite que esta sea comprendida por las células. Está compuesto por una cadena simple, al contrario del ADN, que tiene una doble cadena.  

¿Qué función tiene el ARN?

Las funciones del ARN pueden comprenderse mejor a través de la descripción de los diferentes tipos que existen. Entre los más conocidos están:

• ARNm o ARN mensajero, que transmite la información codificante del ADN sirviendo de pauta a la síntesis de proteínas.

• ARNt o ARN de transferencia, que trasporta aminoácidos para la síntesis de proteínas.
• ARNr o ARN ribosómico que, como su nombre indica, se localiza en los ribosomas y ayuda a leer los ARNm y catalizan la síntesis de proteínas.

 ¿En qué se diferencian el ADN y ARN?

Algunas de las diferencias entre ADN y ARN ya las hemos mencionado, por ejemplo, que el ADN es de cadena doble y el ARN de cadena simple. Otras diferencias:

• El azúcar que lo componen es diferente. En el ADN es la desoxirribosa y en el ARN la ribosa
• En las bases nitrogenadas del ARN la Timina se sustituye por Uracilo, siendo entonces Adenina, Guanina, Citosina y
• El peso molecular del ARN es menor que el del ADN

Funcionalmente el ADN y ARN también son diferentes, como pudimos observar en los apartados anteriores.  

6.1. Cápsula "Organización del material genético ADN, genes, cromosomas" - BIOLOGÍA

7. Reproducción celular

El cuerpo o la estructura de todo ser vivo está formado por una, miles o billones de células que se relacionan con su entorno, obtienen sustancias esenciales y se reproducen.

La reproducción celular tiene la finalidad de incrementar el número de células de un organismo, sea éste unicelular o pluricelular. Es importante saber que cada núcleo de una célula contiene cromosomas compuestos por moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN) que contienen el código genético que determina las características de los seres vivos. A través de los procesos de la mitosis y fisión binaria se produce la duplicación del ADN y a partir de la meiosis éste se duplica una sola vez.

"La reproducción celular tiene la finalidad de incrementar el número de células de un organismo, sea éste unicelular o pluricelular."

REPRODUCCIÓN DE LA CÉLULA EUCARIONTE: MITOSIS Y MEIOSIS

Las células eucariotas de animales, plantas, hongos y algunos organismos protistas conforman seres pluricelulares. Su reproducción se lleva a cabo a partir de la división celular, la cual permite la generación de más células. En realidad, las células se originan a partir de una célula madre que se divide en dos o más células, llamadas células hijas. Los seres vivos deben a este proceso su crecimiento y la continuidad de la vida, ya que implica la distribución de material genético idéntico o ADN.

Las células de estos organismos experimentan dos tipos de división: mitosis y meiosis. En la primera se producen células genéticamente idénticas de modo que el núcleo de las células duplica su material para dividirse.

La mitosis se compone de 4 fases básicas:

Profase. La cromatina (complejo de ADN y proteínas) del núcleo celular se condensa y se organiza en cromosomas, posteriormente la membrana nuclear desaparece. Además, los cromosomas hacen copias idénticas de sí mismos.

Metafase. Todos los cromosomas cambian su disposición y se alinean justo en el centro de la célula. Esto da como resultado la formación de la llamada placa ecuatorial.

Anafase. Ahora sí, los cromosomas se dividen justo por la mitad y cada sección se dirige hacia un extremo de la célula, por lo que quedan separados. A partir de esta fase se distribuyen las copias de la información genética original.

Telofase. Se origina una nueva membrana en cada extremo de la célula, envolviendo el material del núcleo. Al final, aparecen dos núcleos iguales al núcleo original y quedan formadas dos células hijas con cromosomas idénticos a los de la célula madre.

Por su parte, la meiosis origina a los gametos, que son células sexuales haploides, es decir, que poseen una sola copia de cada cromosoma. Las células diploides tienen cromosomas organizados por parejas. Así que en la meiosis, a partir de una célula diploide se obtienen 4 células haploides (los gametos) de cromosomas distintos entre sí pero diferentes de los de la célula madre. El resultado son células hijas en posesión de un núcleo con la mitad del material hereditario.

La meiosis consta de dos etapas:

Meiosis I:

Profase I: Los cromosomas del núcleo celular comienzan a organizarse, de modo que los homólogos se juntan e intercambian fracciones de ADN.

Metafase I: Los pares de cromosomas son ya visibles y se disponen en línea en el centro de la célula, formando la placa ecuatorial.

Anafase I: Cada cromosoma de un par se dirige a un extremo de la célula.

Telofase I: Alrededor de los nuevos núcleos con un solo cromosoma de cada par se forma una membrana nuclear. El ADN no se replica.

Meiosis II

Procede de modo similar al de una mitosis normal pues consta de Profase II, Metafase II, Anafase II y Telofase II, pero el resultado genético es diferente. En la Telofase II los cromosomas se desenrollan y alargan, se mueven a sitios distintos de la célula y se forma pared celular que da lugar a las células hijas.

En la meiosis los cromosomas son copiados una sola vez del mismo modo que en la mitosis, pero se producen dos divisiones celulares en vez de solo una.

Funciones:

› Mitosis: Crecimiento y reparación de tejidos, transmisión genética, generación de nuevos individuos, continuidad de la vida.

› Meiosis: Generación de células sexuales o gametos, reproducción sexual, diversidad genética.

REPRODUCCIÓN DE LA CÉLULA PROCARIONTE: FISIÓN BINARIA

Las células procariotas propias de los organismos más simples como las bacterias o arqueobacterias, se dividen por medio de fisión binaria o bipartición. A diferencia de las células eucariotas, su reproducción da lugar a nuevos individuos.

Los organismos procariontes generalmente cuentan con un solo cromosoma. En primer lugar, el ADN se replica y se producen dos copias del cromosoma que no se alinean en un plano ecuatorial. Cada copia se mueve a una parte distinta de la membrana celular y la célula comienza a separarse en dos. Los cromosomas originales y replicados se separan y se generan células genéticamente idénticas.

7.1. Reproducción celular: Meiosis

7.2. Reproducción celular, Mitosis y Meiosis