El Nucléolo y la Información Genética

El Nucléolo es una zona de alta síntesis de RNA ribosómico (rRNA), una estructura densa observada dentro del núcleo en interfase. Las células que realizan alta síntesis de proteínas (prot) tienen nucléolos muy desarrollados (ej. Hepatocitos), mientras que las células con bajo nivel de síntesis tienen un nucléolo pequeño (ej. Células musculares).

El nucléolo se organiza a partir de zonas de ADN de diferentes cromosomas llamadas Regiones Organizadoras del Nucléolo (NOR). De cada región NOR se transcriben miles de moléculas de rRNA.

Conceptos de Ploídia y Cantidad de ADN

• n: Número de cromosomas que llevan un tipo de información (Haploide: 1n; Diploide: 2n, con 1n de la madre y 1n del padre).
• c: Cantidad de ADN de un mismo tipo.

Los gametos son haploides (n y c). Las células somáticas son diploides (2n y 2c).

Mitosis: Conservación de la Información Genética

El objetivo de la Mitosis es mantener constante el tipo de información genética, asegurando que de una célula diploide se originen dos células hijas también diploides, y que la cantidad y calidad de información genética sea idéntica a la de la célula parental, salvo que ocurra una mutación.

Profase

La profase termina al desaparecer la carioteca (envoltura nuclear).

Eventos Nucleares

• La cromatina en el núcleo comienza a condensarse y se vuelve visible al microscopio óptico como cromosomas al final de la fase.
• Inicialmente, los cromosomas se acortan y condensan, unidos por una región telomérica a la lámina nuclear, por lo que el centro del núcleo se ve vacío.
• La membrana nuclear (Mb Nuclear) comienza a desaparecer al haberse desarmado previamente la lámina nuclear. Al parecer, ambas estructuras se desarman como un rompecabezas.
• Se unen proteínas a los centrómeros, formándose los Cinetocoros.
• El nucléolo ha ido paulatinamente desapareciendo al ir cesando la transcripción (Transc) de rRNA y desaparece al final de la profase.

Se dice que la célula en profase mitótica es 2n y 4c.

Eventos Citoplasmáticos

• Comienza la formación del Huso Mitótico a partir de zonas del cinetocoro, zonas de los polos celulares y microtúbulos (Microt) retirados del citoesqueleto (Citoesq).
• Las células animales tienen un par de centríolos; durante la fase S se duplican, de manera que en la profase hay dos pares.
• Cada par de centríolos se rodea de microtúbulos cortos, denominados Fibras del Áster.
• El par de centríolos más las Fibras del Áster forman un Centro Celular o Centrosoma.
• Cada centrosoma comienza a migrar hacia un polo de la célula, y entre ambos comienza a crecer el huso mitótico.

Huso Mitótico

Sistema de microtúbulos involucrado en el desplazamiento y direccionalidad de los cromosomas durante la división. Se originan del citoesqueleto, de los cinetocoros y de la zona alrededor de los centros celulares, donde hay proteínas involucradas en la polimerización de microtúbulos (Proteínas MAPs).

Al formarse, el huso distribuye cada par de centríolos hacia los polos, asegurando que cada célula hija reciba un par. Las células vegetales no tienen centríolos e igual forman algo parecido al centro celular (sin centríolos) y tienen huso mitótico porque sí tienen el Centro Organizador de Microtúbulos (MTOC), que son proteínas en la zona pericentriolar.

Metafase

Los cromosomas se fijan a los microtúbulos del huso y comienzan a ordenarse en la placa ecuatorial de la célula. La célula es 2n 4c.

Existen dos tipos de fibras en el huso:

1. Fibras Cromosómicas: Crecen desde el cinetocoro hacia el centro celular respectivo y las que crecen desde el centro celular hacia el cinetocoro de ese polo.
2. Fibras Interpolares o Continuas: Son tomadas del citoesqueleto y parecen ir de un polo a otro, pero solo se superponen en el centro del huso.

Anafase

Lo primero que ocurre es la separación de los centrómeros de cada cromátida hermana. A partir de este momento, cada cromátida pasa a ser un cromosoma independiente. En este momento, la célula es temporalmente 4n4c (92 cromosomas en humanos).

• Anafase A: Los microtúbulos del huso se acortan, permitiendo que los cromosomas se separen y se muevan hacia cada polo.
• Anafase B: El huso se alarga, los polos se desplazan y la célula crece.

Telofase

El término del desplazamiento de los cromosomas es el inicio de la telofase. Los cromosomas comienzan a descondensarse, el huso mitótico empieza a desaparecer, y reaparecen la carioteca y el nucléolo.

Comienza a aparecer el Surco de Segmentación (siempre en la zona medial del huso mitótico). La célula es 4n4c, tiene dos núcleos y cuatro centríolos.

Comparación de la División Nuclear

Mitosis

Mecanismo para la constancia. El núcleo parental produce dos núcleos hijos idénticos entre ellos y con la célula parental.

Meiosis: Generación de Diversidad

Mecanismo para la diversidad. El núcleo parental produce cuatro núcleos hijos diferentes entre ellos y diferentes a la célula parental.

Meiosis

La meiosis está constituida por dos divisiones consecutivas: la Primera División Meiótica (Meiosis I) y la Segunda División Meiótica (Meiosis II). El ADN se replica una sola vez antes de la Meiosis I; luego, el núcleo se divide dos veces.

La Meiosis I se caracteriza porque los pares de cromosomas homólogos están apareados a lo largo de su longitud en un proceso llamado Sinapsis, lo que no ocurre en la mitosis. La sinapsis dura desde la Profase I hasta el final de la Metafase I.

Profase I

1. Leptotene: Se comienzan a condensar los cromosomas.
2. Zygotene: Se aparean los cromosomas homólogos.
3. Pachytene: Ocurre el crossing over (entrecruzamiento).
4. Diplotene: Se pueden ver los quiasmas.
5. Diakinesis: Se separan las parejas de homólogos (al inicio de la Anafase I).

Metafase I

Cada par de cromosomas homólogos se alinea al azar en el ecuador de la célula y se produce el fenómeno de permutación cromosómica como un segundo mecanismo de variabilidad.

Descubrimiento del ADN como Material Genético

Experimento de Griffith (1928)

Griffith demostró que había algo resistente al calor que pasó de las bacterias muertas virulentas a las vivas no virulentas y las transformó en virulentas (principio de transformación).

Experimento de Avery, MacLeod y McCarty (1944)

Avery separó los componentes químicos de las bacterias muertas virulentas (proteínas, carbohidratos y ADN) y los puso por separado en contacto con las bacterias vivas no virulentas. Solo el ADN fue capaz de originar el cambio, demostrando que era el material transformante.

Experimento de Hershey y Chase (1952)

Pusieron bacteriófagos (virus que infectan bacterias) en contacto con bacterias susceptibles. A un grupo de fagos se les hizo crecer en un medio con Fósforo 32 (marcando su ADN). A otro grupo se les hizo crecer en un medio con Azufre 35 (marcando proteínas de la cápside).

Al infectar bacterias, se vio que solo en el caso de la marcación con Fósforo 32, este aparecía en el interior de las bacterias y en la progenie viral. Esto demostró que lo que entraba a las bacterias y permitía la replicación viral era el ADN y no las proteínas.

Estructura de la Doble Hélice del ADN (Watson y Crick)

El modelo de Watson y Crick (basado en trabajos previos de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins) estableció la estructura del ADN:

1. Inicialmente se consideró un modelo helicoidal con tres cadenas, pero la estructura final es una doble hélice.
2. Los fosfatos y los azúcares (el “esqueleto” de la molécula) tienen que estar en el exterior de la misma, y las bases nitrogenadas en el interior.
3. La doble hélice es estable porque las bases son moléculas no polares (hidrofóbicas) y el azúcar y el grupo fosfato son polares (hidrofílicos).
4. La molécula es estabilizada por uniones covalentes dentro de cada cadena (enlace 3’-5’ Fosfodiéster entre nucleótidos).
5. Entre cadenas, las uniones son débiles: puentes de hidrógeno (pts de H) entre las bases de cada cadena.
6. Las cadenas son complementarias en relación a los pares A – T y C – G, debido al número específico de puentes de H entre ellas.
7. Ambas cadenas son antiparalelas (una en sentido 5’→3’ y la otra en sentido 3’→5’).

Replicación del ADN

Al comenzar a separarse las hebras del ADN, se empieza a formar una estructura llamada “Burbuja de Replicación” con dos horquillas o extremos.

En el punto de inicio se colocan dos proteínas llamadas Helicasas (DNA B) que comienzan a avanzar en sentido opuesto y van abriendo la burbuja, dejando expuesto ADN de banda simple. En ambas horquillas se incorporan Proteínas Separadoras o SSB, que interaccionan específicamente con el ADN de banda simple y mantienen las dos hebras separadas.