Características Generales del Núcleo Celular

El núcleo actúa como centro de control: participa en el desarrollo y división celular, y regula todos los procesos relativos a su organización, diferenciación y especialización, así como todos los procesos relacionados con el metabolismo (gestión de materia y energía).

Orgánulo membranoso, característico de las células eucariotas, aísla el material genético del resto de la célula y permite la síntesis y procesamiento del ARN antes de salir al citoplasma.

Además de ácidos nucleicos, en el núcleo, encontramos histonas (proteínas estabilizadoras del ADN) y protaminas (proteínas formadoras del esqueleto del cromosoma).

Número de Núcleos

La mayoría de las células tienen un único núcleo que ocupa aproximadamente el 10% del volumen celular. Puede, sin embargo, haber dos (hepatocitos) o más núcleos (sincitios y plasmodios).

Forma, Localización y Tamaño

• Forma: Polimórfico; puede adoptar formas variadas como esférico, ovalado, fusiformes, aplanados, arrosariados, ramificados y fragmentados.
• Localización: Generalmente en el centro de la célula, aunque puede aparecer desplazado (base, periferia, etc.).
• Tamaño: Relacionado con el volumen celular (las células más grandes poseen los núcleos más grandes). El tamaño es constante para cada tipo celular y depende de su función (p. ej., el núcleo de una célula embrionaria es mayor que el de un hepatocito adulto).

Estructura y Composición del Núcleo

La estructura y composición del núcleo varían dependiendo del estadio del ciclo celular en que se encuentren. Así, lo podremos encontrar entre dos mitosis: núcleo interfásico, o bien durante la mitosis: núcleo mitótico.

Núcleo Interfásico

Está compuesto por los siguientes elementos:

• Envoltura nuclear o membrana nuclear
• Cromatina
• Nucleolo
• Nucleoplasma

Envoltura Nuclear

La membrana nuclear es doble: membrana nuclear externa e interna, separadas por un espacio perinuclear. La membrana externa está conectada y se continúa hacia el exterior con el RER.

El núcleo se comunica con el citoplasma mediante los poros nucleares (estructuras proteicas complejas que atraviesan ambas membranas nucleares).

En la cara interna de la membrana nuclear interna se encuentra la lámina nuclear fibrosa, que sirve como esqueleto al núcleo y como punto de anclaje de la cromatina durante los procesos de mitosis.

Cromatina

Está compuesta por ADN plegado, asociado a las histonas (proteínas de carácter básico).

El ADN y las histonas forman complejos denominados nucleosomas que se podrían considerar las “unidades básicas estructurales” de la cromatina. Cada nucleosoma tiene un tamaño aproximado de 10 nm de grosor.

Las histonas conforman un complejo discoidal de 8 proteínas, en el que la cromatina se enrolla, dando dos vueltas, para continuar hacia el siguiente nucleosoma, dando al final el aspecto de un collar de perlas.

Las fibras complejas de cromatina se formarían por el superenrollamiento de los nucleosomas, generando una espiral de unos 30 nm de diámetro, que contendría 6 nucleosomas por cada vuelta de hélice.

A su vez, las fibras complejas se pliegan en forma de bucles radiales, generando las rosetas, que van compactando cada vez más la cromatina, hasta formar los cromosomas.

Nucleolo

Estructura esférica situada en el interior del núcleo interfásico, lugar donde se sintetiza el ARN ribosómico y transferente. Está formado por ADN (1-3%), ARN (10-30%) y proteínas (70-90%).

El ADN procede de cromosomas diferentes y se combina para formar el organizador nucleolar.

Nucleoplasma

El nucleoplasma o carioplasma, similar al citoplasma, se caracteriza porque en él jamás ocurren reacciones metabólicas.

Tipos de Cromatina

• Eucromatina: De aspecto laxo y deshilachado, es la cromatina que transcribe. Supone aproximadamente el 10% de toda la cromatina.
• Heterocromatina: Más densa y compacta, supone el 90% restante de la cromatina y es la cromatina no funcional. A su vez, la heterocromatina puede ser de dos tipos diferentes: constitutiva (siempre condensada, no transcribe nunca) y facultativa (está activa durante algunas fases o períodos del ciclo celular).

El Núcleo Mitótico

La característica principal es la presencia de cromosomas (cromatina condensada y estructurada).

El número y tamaño de los cromosomas varía con cada especie.

Hay organismos haploides (n cromosomas), diploides (2n cromosomas) y poliploides (n>2 cromosomas).

Los cromosomas se comportan como elementos individuales, aunque en interfase no se puedan distinguir unos de otros.

Estructura del Cromosoma

En interfase tiene forma de un cilindro, que se duplica previamente a la mitosis, presentando dos brazos o cromátidas, unidas por un centrómero (formado por dos cinetocoros) y unos estrechamientos o constricciones primarias.

Según la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en metacéntricos, submetacéntricos, acrocéntricos y telocéntricos.

Los extremos se denominan telómeros, y en su proximidad se encuentran las constricciones secundarias que limitan el ADN satélite.

Características Generales de la Célula Procariota

Los organismos procariotas presentan tres características diferenciales:

1. Tienen pared celular por fuera de la membrana citoplasmática.
2. Carecen de orgánulos de membrana, por lo que tampoco poseen núcleo celular verdadero.
3. Tamaño muy pequeño, inferior al del resto de los organismos vivos: 0,5 – 1 µm de diámetro y 2 – 1 µm de longitud.

Presentan unas formas y unas agrupaciones características. Asimismo, muchos son organismos unicelulares o crecen formando colonias en los medios de cultivo.

Pared Celular

Composición y Estructura de la Pared

Estructura rígida adosada a la cara externa de la membrana plasmática, que envuelve totalmente a la bacteria. Estructura común a la mayoría de las bacterias.

Composición: el componente fundamental es la mureína o peptidoglicano (dos polisacáridos: N-acetilglucosamina + Ácido N-acetilmurámico, a los que se unen cadenas cortas de 4 aminoácidos). Al componente glucoproteico se le asocian lípidos del tipo del ácido teicoico y otros lipopolisacáridos.

Función

• Mantiene la forma.
• Previene la lisis osmótica.
• Capacidad antigénica.
• Regula el intercambio con el exterior.
• Proporciona carga negativa a la membrana celular.

Las Envueltas Externas

• Protegen de la fagocitosis y de la acción de tóxicos, lo que conlleva un aumento del poder invasivo y, por tanto, aumenta su poder patógeno.
• Evitan la desecación.
• Permiten la “opsonización” o adherencia a otras superficies y otras células.

El Citoplasma

Protoplasma: matriz gelatinosa rica en:

• Agua
• Proteínas (enzimas)
• Ribosomas (70S)
• ADN (varias copias)
• Plásmidos (fragmentos de ADN)
• Gránulos de distintas sustancias
• Burbujas de gas e inclusiones cristalinas.

El Nucleoide

Material de aspecto fibrilar, de localización central, no rodeado de membrana.

Consiste en un único cromosoma circular de ADN bicatenario, asociado a proteínas estabilizadoras (no tienen nucleosomas).

Plásmidos: varios fragmentos de ADN bicatenario circular extracromosómico que se replica de forma independiente. Porta información genética que se puede incorporar al cromosoma principal.

Apéndices Externos

• Flagelos: Elementos de locomoción. Permiten la clasificación bacteriana: según el número (monotricos, peritricos) y según la localización (polar, subpolar, peritrica, etc.).

  Estructura del Flagelo

  • Filamento rígido compuesto por flagelina.
  • Codo o gancho: pieza que une el filamento a la célula.
  • Estructura o complejo basal: varios anillos que anclan el flagelo y permiten la rotación del mismo.
• Fimbrias: Prolongaciones cortas, finas y numerosas. Función adhesiva (similar al velcro).
• Pelos (pili): Escasos en número, más largos que las fimbrias y huecos. Función: participan en la “conjugación bacteriana” (unión y compartición de material genético entre bacterias). Están compuestos por pilina.

Funciones Celulares

Las células intercambian materia y energía con el medio en el cual se encuentran. La materia y la energía captadas son utilizadas, mediante los procesos adecuados, en las sustancias y la energía necesarias para crecer, madurar, regenerarse y repararse, así como para poder reproducirse.

Liberan a su vez al medio las sustancias que no utilizan o que resultan de sus procesos vitales (productos de desecho), así como el exceso de energía no utilizada por la célula o inútil para ella.

Funciones de Nutrición

Las células incorporan los nutrientes y eliminan los desechos por mecanismos de transporte (pasivo: difusión simple y difusión facilitada; y activo) si las moléculas son de pequeño tamaño. Pero si son de gran tamaño (macromoléculas), el proceso de entrada se produce por endocitosis (si el tamaño es moderado o la sustancia es líquida se denomina pinocitosis, pero si es sólido o de gran tamaño se denomina fagocitosis) y el de salida por exocitosis.

Tras la entrada, la sustancia puede seguir dos caminos: la unión a un lisosoma, formándose un fagolisosoma o vacuola digestiva, en el que se produce la digestión del nutriente; o el tránsito o transporte a otra zona de la célula.

Endocitosis

La membrana plasmática de la célula se invagina y forma una vesícula englobando las partículas del medio. Una vez en el interior, las vesículas pueden realizar 2 funciones:

• Digestión: Las vesículas se fusionan con lisosomas para formar vacuolas digestivas. La digestión implica la degradación de material de desecho de la célula. Los productos de desecho se incorporarán al metabolismo.
• Tránsito intracelular: Transporte del contenido desde un punto a otro de la célula, por ejemplo, en las células que rodean los vasos sanguíneos.

Endocitosis mediada por receptor: Selecciona macromoléculas específicas.

Pinocitosis: Ingestión de pequeñas partículas mediante la formación de vesículas pequeñas, solo visibles al microscopio electrónico. Se da en todo tipo de células.

Fagocitosis: Ingestión de partículas de gran tamaño, de organismos vivos o restos celulares, que forman unas vesículas visibles al microscopio óptico (fagosomas).

Exocitosis

Consiste en la excreción de moléculas y partículas al exterior de la célula. El proceso es similar a la endocitosis.

Utilidad de la exocitosis:

• Funciones estructurales: secreción de sustancias intracelulares.
• Funciones de relación: intercambio de metabolitos u hormonas con el entorno.
• Funciones de excreción: eliminación de desechos.

Funciones de Relación

Las células se relacionan con el medio en que se encuentran mediante un proceso que consta de 3 fases:

1. Recepción del mensaje o señal: Estímulo físico o químico, que la célula transforma en una señal química (moléculas señalizadoras, hormonas locales, mediadores, mensajeros, etc.).
2. Las moléculas señalizadoras se dirigen a las células diana donde se unen a receptores específicos situados en las mismas.
3. La unión molécula señalizadora – receptor genera una respuesta específica que se traduce en una serie de cambios en el funcionamiento celular que constituyen la respuesta concreta frente al estímulo, y que varían según el estímulo y la célula de que se trate.

Moléculas de Señalización

Estas moléculas varían según estemos hablando de organismos unicelulares o pluricelulares (animales o vegetales). En los organismos unicelulares, la misma célula realiza todas las funciones. En los organismos pluricelulares, hay una especialización, y unas células fabrican las señales para otras.

• Mediadores químicos locales: Distintos tipos celulares. Actúan solo sobre células próximas (tienen un tiempo de vida breve). Secreción paracrina.
• Hormonas: Células endocrinas. Actúan a gran distancia (son transportadas por la sangre). Secreción endocrina.
• Neurotransmisores: Neuronas. Actúan en zonas especializadas de las neuronas (sinapsis). Señalización sináptica.

Receptores Específicos

Son proteínas situadas en las células diana a las que se unen específicamente las moléculas de señalización.

Tipos:

• Receptores de la superficie celular: Generan respuestas del tipo: apertura/cierre de canales iónicos (ACH), activación de señales intracelulares (AMPc).
• Receptores intracelulares: El complejo Hormona-Receptor modifica su propia conformación, pasando al núcleo y modificando la expresión de ciertos genes.

Respuestas

• Taxias o tactismos en bacterias: Movimientos dirigidos o controlados por estímulos ambientales (taxias).
  • Quimiotaxis: El tipo o concentración de una sustancia química genera el movimiento.
    • Positiva: Atracción por el estímulo.
    • Negativa: Alejamiento del estímulo.
  • Fototaxis: La longitud de onda más adecuada para ser absorbida por los pigmentos fotosintéticos es el estímulo.
    • Positiva: Atracción por el estímulo.
    • Negativa: Alejamiento del estímulo.
• Cilios y flagelos eucariotas: Los flagelos se mueven de manera simple, en tanto que los cilios presentan un movimiento complejo (propulsión/retracción).
• Movimiento ameboide: La emisión de pseudópodos (prolongaciones citoplasmáticas) permite a la célula un desplazamiento efectivo. Participan cambios en el citosol y proteínas contráctiles (actina y tubulinas).
• Movimientos intracitoplasmáticos:
  • Ciclosis en células vegetales: Corrientes citoplasmáticas que permiten el desplazamiento de orgánulos alrededor de la vacuola. Se cree debido a la interacción de proteínas contráctiles (actina-miosina).
  • Movimiento de orgánulos: Haces de microtúbulos adheridos a los orgánulos, al moverse, desplazan a los orgánulos que fijan.