Curso: Biología Común

Material Nº 08 Unidad I. Organización, estructura y actividad celular.

Núcleo y material genético.

INTRODUCCIÓN.

La reproducción es una propiedad inherente a los seres vivos. Induce a la

autoperpetuación.
Cada organismo metacelular es producto de una reproducción incesante a partir de una única
célula inicial, que se formó en la unión de 2 células especiales. La reproducción celular está
centrada en el núcleo celular. Por estar contenida cierta información genética.

Esta información tiene básicamente dos

.funciones:

1. provee las instrucciones que definen el

funcionamiento de la célula, y en conjunto
del organismo.
2. actúa como molde original para obtener
copias que perpetúan esta información en
las células hijas.

Figura 1. Vista de células eucarióticas al

microscopio óptico. Se puede observar una
pequeña esfera que corresponde al núcleo.
1. ALGUNOS ANTECEDENTES HISTÓRICOS.

Los primeros registros sobre el núcleo fueron realizados por:

• Francis Bauer (1800) en orquídeas, sin percibir su relación con la estructura celular.
• Robert Brown (1828), considerado el descubridor del núcleo celular, estableció su
constante presencia en células eucariontes vegetales y animales (figura 1).
• Los cromosomas y la mitosis fueron descritos en la segunda mitad del siglo XIX.
• El redescubrimiento de los trabajos de G. Mendel en 1900, llevó a algunos investigadores
como W. Sutton y T. Boveri, de acuerdo a observaciones realizadas en erizos, a
plantear la existencia de una relación entre los cromosomas y el desarrollo embrionario.
• T. H. Morgan y A. H. Sturtevant, (1910) trabajando en, Drosophila melanogaster,
establecieron que los genes, o factores de Mendel, que determinan los rasgos
hereditarios, se encuentran en los cromosomas distribuidos en forma lineal.

¿Existe alguna relación entre la presencia de núcleo y la actividad celular?, ¿qué sucede
con la capacidad del núcleo de generar individuos completos a medida que las células se
especializan en distintos tejidos?
 Hans Spemann en 1938 publica los resultados de sus experimentos realizados en huevos
de salamandra (anfibios con cola). Utilizando un cabello, liga huevos recién fertilizados separando
el núcleo en un lado y el citoplasma en el otro (ver figura 2A). Después que las células nucleadas
se dividieron 4 veces, es decir al estado embrionario de 16 células, soltó la ligadura y dejó pasar
un núcleo hacia el citoplasma sin núcleo (ver figura 2B). Vuelve a separar así la nueva célula
nucleada del resto del embrión. Una serie de divisiones celulares se iniciaron a partir de la célula
aislada. Con este procedimiento obtuvo dos embriones gemelos, uno ligeramente más joven que
el otro (ver figura 2C).

El hecho que un núcleo de una célula obtenida de un embrión maduro pudiera controlar el
desarrollo de un organismo completo, sustentó la idea de que la información genética no había
disminuido con las divisiones celulares sucesivas. A partir de estos resultados, Spemann propuso,
en 1938, “el experimento fantástico” de duplicar los organismos a partir de células especializadas,
lo que hoy conocemos como clonación.

Figura 2. Demostración de
Spemann de que los núcleos
son totipotentes hasta el
período de 16 células.
Un cigoto continúa
dividiéndose únicamente en
la mitad que contiene el
núcleo. Si se afloja la
constricción en el período de
16 células, un núcleo puede
escapar hacia el otro lado.
Este núcleo todavía puede
dar origen a un embrión
completo, aunque su
desarrollo estará retardado
con respecto a la otra mitad.
Según H. Spemann.

Joachim Hämmerling, biólogo danés, estudió la influencia del núcleo en la actividad

celular (1943). Para ello utilizó el alga verde del género Acetabularia (Figura 3). Son unicelulares,
y es posible identificar tres regiones en ellas: una inferior, parece un rizoide, o base, en la que
se encuentra el núcleo celular; una media o talo; y una superior o sombrero. El tamaño de
las algas es de 4 a 5 cm de alto y el sombrero cerca ce 1 cm. de diámetro. Hämmerling consiguió
intercambiar los sombreros. Así cambiados permanecieron algún tiempo en los talos, luego de un
corte las algas regeneraron los sombreros de sus respectivas especies. Conclusión, el control de
la diferenciación del sombrero es dependiente del núcleo sobre el cual se realice el transplante.

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 Acetabularia Acetabularia
mediterránea crenulata

Sombrero

Pies con núcleos

intercambiados
Sombrero
removido
Pié

Núcleo
Sombrero intermedio
que se remueve

Rizoides

Se regenera el Sombrero con la forma de:

mismo sombrero
Acetabularia Acetabularia
crenulata mediterránea

Figura 3. Una especie de Acetabularia tiene un sombrero en forma de sombrilla (A. mediterránea) y la otra
tiene un sombrero rasgado (A. crenulata) propios de cada especie.

Robert Briggs y Thomas King (1952) consiguieron el

primer transplante exitoso de núcleos a partir de células
embrionarias tempranas de Rana pipiens irradiadas con UV.
Estos trabajos pioneros, además de confirmar la propiedad
totipotencial de los núcleos de células de blástulas y
gástrulas, abrieron el camino para estudios que llevaron a la
clonación de ratones, monos, ovejas y otros mamíferos.

J. Gurdon (1962) consiguió, en Xenopus laevis (rana

africana), implantar núcleos de epitelio de intestino de la
larva y obtener larvas y adultos. Estos últimos se
produjeron en una proporción muy pequeña respecto del
número inicial de núcleos transplantados (Figura 4).

Figura 4. Experimento de
J. Gurdon (1962).

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¿Qué le sucede al genoma (es decir al conjunto de los genes de un individuo) cuándo el
huevo fertilizado, o cigoto, se desarrolla generando un embrión?

Un cigoto es totipotente, es decir capaz de formar todos los tipos celulares del cuerpo.
Conforme el huevo se divide, las células se diferencian o especializan en tejidos tales como hueso,
piel o células intestinales, y pueden así realizar conjuntos de funciones distintas entre sí. Las
hipótesis de cómo las células se diferencian, se reducen a dos:

a. las células pierden los genes a lo largo del desarrollo, excepto aquellos que codifican las
estructuras y tareas específicas, o
b. ellas mantienen el genoma completo y activan o inactivan los genes en forma selectiva
durante el desarrollo, mediante mecanismos de regulación de expresión génica.

2. EL NÚCLEO INTERFÁSICO.

Considerado como un compartimiento o como organelo, es el lugar físico donde se encuentra el

material genético o DNA, responsable del control metabólico y de la continuidad de la vida.

Su tamaño y posición son variables, dependiendo de las necesidades de la célula, su número varía
de acuerdo al tipo de células, en general se acepta que un determinante de ésto es la necesidad
de control metabólico por parte de la célula, por ejemplo, células hepáticas grandes pueden tener
2 ó 3 núcleos, lo mismo ocurre con células musculares estriadas.
En el núcleo interfásico se distinguen:

Componentes Descripción estructural

Membrana Es doble, en su cara que mira hacia el citoplasma se observan ribosomas adheridos, se
nuclear postula como parte del sistema de endomembranas. Está atravesada por el complejo
(Carioteca) del poro, lo que permite el transporte en ambas direcciones a través de la membrana
(figura 5).

Cariolinfa Es la matriz nuclear (cariolinfa) o nucleoplasma. Es la parte líquida del núcleo que puede
tener en estado soluble minerales, nucleótidos u otro componente necesario para la
conformación de la cromatina.

Presenta dos estados que es posible observar al microscopio: heterocromatina y

eucromatina (Figura 5).

Heterocromatina: es la forma condensada en que se organiza la cromatina. Se ve

Cromatina como manchas densas de cromatina, frecuentemente está adherida a la membrana
nuclear donde presenta espacios más claros sobre los poros de dicha membrana. La
heterocromatina es considerada inactiva desde el punto de vista de la transcripción.

Eucromatina, tiene el aspecto de granulación fina y homogénea. Es más abundante en

células que están en activa transcripción o replicación de DNA. Esto requiere que la
cromatina esté “desenrollada”, tal que exista el máximo contacto entre los compuestos
del nucleoplasma, como sistemas enzimáticos para la lectura del código genético, o
sustancias a incorporar a las cadenas de DNA, como los nucleótidos.

Nucléolo Subestructura que no posee membrana, es la porción del DNA, de los cromosomas que
contienen genes para que se realice la transcripción de RNA ribosomal (rRNA), estas
zonas especiales del DNA se llaman zonas organizadoras nucleolares (más conocidas
como zonas o regiones NOR.

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 Figura 5. Núcleo celular interfásico.

2.1. La fibra de cromatina

Figura 6. La secuencia
de figuras a la izquierda
corresponde a las
estructuras inferidas a
partir de las fotografías
obtenidas en el
microscopio electrónico
que se muestran a la
derecha.

A partir de la doble hélice de la molécula de DNA y la incorporación progresiva de proteínas, se

organiza la fibra de cromatina y desde ésta los cromosomas. Los cromosomas no tienen ningún
tipo de membrana

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2.2. La paradoja del valor C.
Figura 7. Componentes estructurales
de un cromosoma obtenido en
metafase.
Las dos cromátidas se originan de una
única cromátida, por lo que son
cromátidas hermanas. El centrómero
define segmentos de las cromátidas
llamados brazos, cuya longitud puede
ser distinta entre cromosomas no
homólogos.
El brazo corto es llamado p (del francés
petit) y el brazo largo es q (letra
siguiente en el alfabeto).

Cada especie tiene un contenido de DNA característico, constante en todos los individuos de esa
especie y, por eso se le denomina valor C.
El demostrar la constancia de DNA en los núcleos celulares de un individuo fue un importante
descubrimiento de la biología celular. Esto sugirió al DNA como la molécula que contenía la
información genética y la no pérdida de información en los distintos tejidos somáticos desde la
diferenciación. Esto se logró coloreando el DNA por la reacción de Feulgen y midiendo luego la
cantidad de colorante en núcleos aislados.
Todas las células somáticas de un organismo diploide contienen la misma cantidad de DNA (2C),
y en interfase los cromosomas están estructurados por una cromátida la que a su vez está
formada por una molécula lineal de DNA bicatenario. Los gametos son haploides y, por lo
tanto, tienen la mitad de DNA (1C) o sólo C.

2.3. Cariotipos. Figura 8. Cariotipo humano.

Cariotipo femenino normal

Cariotipo masculino normal.

Para estudiar la constitución cromosómica de un individuo, y, por extensión, la de la especie a la

cuál pertenece, los cromosomas fotografiados a partir de células detenidas en metafase, se
ordenan de mayor a menor tamaño en parejas de homólogos. Este ordenamiento se denomina
cariotipo. Luego se usa un segundo criterio que corresponde a la ubicación del centrómero, así
en los primeros lugares se ubican los metacéntricos y al final los acrocéntricos (todos de un
mismo tamaño). Finalmente los pares homólogos se numeran (Figura 8).

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Preguntas.

1. Hämmerling a partir de sus experimentos con Acetabularias, pudo concluir que la actividad
celular está controlada por

A) el núcleo.
B) las cromátidas.
C) el citoplasma.
D) los nucleótidos
E) la cromatina

2. La heterocromatina a diferencia de la eucromatina

A) posee genes activos.

B) está asociada a la carioteca.
C) está formada por DNA y proteínas.
D) se encuentra dispersa en el nucleoplasma.
E) constituye a los cromosomas.

3. La existencia de poros en la envoltura nuclear hace posible para el núcleo

A) su adherencia a la célula.
B) ingresar RNA ribosomal.
C) el traslado de sustancias químicas diversas.
D) la presencia de ribosomas en su cara externa.
E) formar heterocromatina.

4. Un cromosoma metacéntrico duplicado, a diferencia de los no duplicados, presenta

A) 2 centrómeros.
B) 2 cromátidas.
C) 2 telómeros.
D) 1 cromatina.
E) 1 molécula de DNA.

5. La mayor contribución de los experimentos de Briggs y King fue la demostración de que

A) los huevos de las ranas se destruyen con los rayos X.

B) los genes se pierden selectivamente durante el desarrollo.
C) las células activan y desactivan los genes durante el desarrollo.
D) el núcleo controla los rasgos del individuo.
E) las células embrionarias pueden ser clonadas.

6. ¿Cuál(es) de las siguientes fórmulas de cariotipo humano corresponden a un síndrome

autosómico?

A) 44 A + XXY hombre, síndrome de Klinefelter.

B) 45 A (21, 21, 21) + XY hombre, síndrome de Down.
C) 44 A + X0 mujer, síndrome de Turner.
D) 44 A + XYY hombre duplo Y.
E) 44 A + XXX mujer triple X.

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7. ¿Qué elemento(s) cromosómico(s) de los que se menciona(n) aportaría(n) información útil al
momento de definir los pares homólogos?

I) El tamaño.
II) El patrón de bandas.
III) La posición del centrómero.

A) Sólo I
B) Sólo I y II
C) Sólo I y III
D) Sólo II y III
E) I, II y III

8. Si se extrae el núcleo de una especie unicelular A y se implanta en un organismo unicelular de

la especie B, al que previamente se le quita su núcleo lo más probable es que

A) mueran las 2 células.

B) sobreviva sólo la especie A.
C) B mantenga sus características.
D) A adquiera las características de B.
E) B adquiera las características de A.

9. El análisis histórico de los estudios que llevaron a identificar el núcleo y, su importancia en la

actividad celular, se obtiene desde células de origen muy diverso, tales como algas, flores,
moscas, erizos de mar, salamandras, ranas y finalmente el hombre. El fundamento biológico
que valida la comparación de dichos estudios entre sí está en que

I) el tamaño del núcleo es constante en eucariontes.

II) las células tienen estructuras y mecanismos compartidos.
III) cada tipo celular tiene mecanismos únicos de funcionamiento.

A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo I y III
D) Sólo II y III
E) I, II y III

10. Con respecto a la cromatina se puede afirmar que

I) su unidad molecular son los nucleosomas.

II) en interfase se diferencia en eucromatina y heterocromatina.
III) el 10% del genoma humano corresponde a eucromatina.

A) Sólo I.
B) Sólo II.
C) Sólo I y II.
D) Sólo II y III.
E) I, II, III.

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