Núcleo y reproducción celular (eucariota)

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1 Núcleo y reproducción celular (eucariota)
TEMA 8: Núcleo y reproducción celular (eucariota)

2 1. NÚCLEO INTERFÁSICO CARACTERÍSTICAS
-Es el estado del núcleo en esta fase del ciclo celular. ( interfase/fase M) - Fue descubierto por Brown en 1631. - Es una estructura muy dinámica, que cambia con frecuencia su forma, y esto está asociado a cambios en su función. - Su forma suele ser redondeada, aunque suele estar relacionada con la forma de la célula.(esférica, ovalada o polilobulada)

3 -Sus componentes son: Envoltura nuclear ( doble membrana)
Matriz nuclear o nucleoplasma ( alberga la cromatina) Nucleolo (donde se sintetiza el ARNr) -Su tamaño oscila entre las 5 y 25 µm de diámetro, pero dentro de un mismo tipo de célula es constante. Ocupa generalmente un 10% del volumen celular.

4 - Su posición es característica de cada tipo de célula
- Su posición es característica de cada tipo de célula. Generalmente suele ser central como en las células embrionarias. En otras como las adiposas el núcleo queda lateralizado, porque el citoplasma queda ocupado por otros orgánulos y en células secretoras por ejemplo ocupa una posición basal, quedando todos los orgánulos ubicados entre el núcleo y el poro secretor de la célula.

5 -La condición polinucleada se puede deber a:
- Su número: Generalmente es único, aunque existen algunas excepciones: Por ejemplo los eritrocitos de mamíferos son enucleados ( ausencia de núcleo), mientras que otras células poseen dos núcleos, como por ejemplo el paramecio( macronúcleo y micronúcleo), los hepatocitos también son binucleados; o incluso con varios núcleos( polinucleadas) como la fibra muscular estriada o las hifas primitivas de los hongos. -La condición polinucleada se puede deber a: División sucesiva: originando un Plasmodio Fusión de varias células uninucleadas: originando un sincitio

6 2. ESTRUCTURA DEL NÚCLEO MEMBRANA NUCLEAR ESTRUCTURA.
Está formada por dos membranas con un espacio intermembranoso. A veces se fusionan formando poros.( solo apreciable al microscopio electrónico) La membrana externa procede del retículo endoplásmico rugoso y tiene ribosomas en su cara externa. La membrana interna posee hacia el interior filamentos proteicos, que interviene en la organización de la cromatina y la formación de la membrana nuclear después de la mitosis. Se denomina lámina fibrosa o corteza nuclear. Los poros aparecen siempre. Su número depende de la síntesis de proteínas, las células con mayor actividad trancripcional tienen más ( hepatocitos, neuronas y fibras musculares) No son una abertura libre, aparece cerrado por unas proteínas que le dan aspecto octogonal. Permite libre circulación de moléculas hidrosolubles y el resto necesita transporte activo. FUNCIONES Limita el citoplasma del nucleoplasma. Es muy permeable y permite la entrada de materiales para la replicación y transcripción y la salida de los ARN. Al iniciarse la mitosis desaparece.

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8 CROMATINA Estructura empaquetada y compacta que representa el genoma de las células eucariontes. Al microscopio electrónico se ve como un ovillo. Debe su nombre a la facilidad de tinción. (chroma del griego) COMPOSICIÓN: ADN +proteínas Las proteínas pueden ser: *Histonas: muy básicas por la presencia de arginina y lisina. Hay 5 clases.(H1, H2A,H2B,H3 y H4) todas de bajo peso molecular. *Proteínas no histónicas: son muy numerosas y muchas son enzimas implicadas en la replicación y transcripción ESTRUCTURA: Alcanzan hasta estructura cuaternaria.( collar de perlas- solenoide) ULTRAESTRUCTURA: Tiene una constitución fibrilar, son fibras adosadas unas a otras y se llaman fibras cromatínicas o nucleósomicas. Estructura de collar de perlas , cada cuenta se denomina nucleosoma. Cada nucleosoma consta de un núcleo ( plastisoma) y de un filamento de ADN ( doble hélice). Cada núcleo esta formado por 8 histonas ( 4 de las 5 existentes) la sexta H1 une los segmentos de ADN.

9 TIPOS. Eucromatina: La cromatina no está condensada para que se pueda realizar la replicación y transcripción. Forma el 90% en la interfase Heterocromatina: La cromatina presenta el máximo empaquetamiento, se produce replicación pero no transcripción. Aparece en la interfase como agrupaciones condensadas ( cromocentros)

10 NUCLEOPLASMA También conocido como carioplasma o matriz nuclear. Es una disolución coloidal, similar al hialoplasma, ya que intercambian por los poros. Fundamentalmente posee agua, nucleótidos, enzimas para la replicación y la transcripción. Contiene el material cromatínico y no cromatínico. En el podemos encontrar. Gránulos de intercromatina: tiene ribonucleoproteínas y diversas enzimas (ATPas, GTPasa,pirofosfatasa..) Gránulos de pericromatina: en la periferia de la cromatina y es ARNr de bajo Peso molecular Particulas de ribonucleoproteinas.

11 NUCLEOLO. Corpúsculo esférico refringente sólo visible en la interfase. Fue descubierto en Se encuentra próximo a la envoltura nuclear. Suele ser único aunque algunas células pueden presentar más. En las células que realizan mucha síntesis de proteínas suele ser mayor. Aparecen dos componentes; Componente nucleolar formado por: una parte granular que son subunidades ribosómicas en fase de maduración y una zona fibrilar de moléculas de ARNr asociado a proteinas. Componente no nucleolar que son fibras de cromatina que rodean y penetran en el nucleólo. ( cromatina perinucleolar o cromatina intranucleolar = regiones NOR( organizadoras nucleolares)) Se encarga de la síntesis de ARNr y su empaquetamiento en subunidades ribosómicas que luego son exportadas al citoplasma. Indispensable para la Mitosis

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13 3. NÚCLEO MITÓTICO. LOS CROMOSOMAS
Durante la división celular se dan cambios morfológicos y fisiológicos. La cromatina se condensa y se individualiza formando cromosomas. Éstos fueron descritos por primera vez en 1848 en las células madre de los granos de polen. Constituyen la máxima condensación del material hereditario.( hasta veces más que la forma extendida de la cromatina)

14 ESTRUCTURA. - Están formados por varios dominios estructurales que se extienden a partir de un eje principal. Sus partes son: -Cromátidas: cada una de las partes en las que se divide el cromosoma longitudinalmente. Se llaman hermanas por ser iguales. - Centrómero o constricción primaria: Estrechamiento que divide al cromosoma en dos brazos del mismo o diferente tamaño. Formado por heterocromatina constitutiva ( muy compacta pero geneticamente inactiva) - Cinetocoro: Estructura del centómero formada por proteinas que servira de anclaje y organización de los microtúbulos del huso acromático en la mitosis. Por cada centrómero aparecen 2 cinetocoros - Telómeros: son estructuras protectoras que estan en los extremos de las cromátidas que poseen ADN no codificante y repetitivo. Evita que se pierda información, que las enzimas lo degraden, evitan que los cromosomas se fusionen entre si…) - Constricción secundaria: : A veces aparecen estrechamientos menores que forman organizadores nucleolares y que contiene ARNr . ( Relacionado con la formación del nucleolo al final de la mitosis ( zonas NOR) - Satélite: Se forma cuando la constricción secundaria está cerca del telómero.( un ovillo esférico unido al brazo) - Bandas: Son segmentos de cromatina que se colorean con diferente intensidad y permite identificar a los cromosomas

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17 TIPOS DE CROMOSOMAS El criterio utilizado es la posición del centrómero Metacéntrico: presenta dos brazos iguales. Submetacéntrico: presenta dos brazos desiguales. Acrocéntrico: Presenta un brazo puntiforme, casi el centrómero está en el extremo. Telocéntrico: Solo presenta un brazo.

18 CARIOTIPO. IDIOGRAMA CARIOTIPO.
Conjunto de particularidades de los cromosomas de un individuo ( tamaño, forma, tipo, número de constricciones…) IDIOGRAMA O IDIOTIPO. Representación gráfica de cromosomas homólogos, ordenados según el tamaño, de mayor a menor.

19 LEYES CROMOSÓMICAS 1ª Ley: Individualidad de los cromosomas que aparecen sin unirse. 2ª Ley :Constancia numérica. El número de cromosomas es fijo y varía de una especie a otra. Es igual en todas las células de un individuo, menos en las reproductoras que tienen la mitad. No hay relación entre el tamaño del individuo, su grado evolutivo con el número de cromosomas . Hombre 46 crs. Gato 38 crrs., perro 78 crs y algunos protozoos hasta 300 cromosomas. 3ª Ley: Los cromosomas se organizan en parejas de cromosomas homólogos. El número de cromosomas es par. El número de cromosomas de una célula somática( no reproductora) se denomina dotación diploide (2n). El de una célula reproductora es haploide (n). En el hombre hay 46 cromosomas o 23 pares de cromosomas homólogos. De ellos 44 cromosomas autosómicos y 2 heterocromosomas o cromosomas sexuales

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21 4. CICLO CELULAR CONCEPTO.
Conjunto de cambios que sufre una célula desde que se ha formado, hasta que se divide para generar dos células hijas. Su duración es variable ( entre horas y varios años) y se divide en interfase y fase M que incluye la mitosis y la citocinesis. La duración depende fundamentalmente de la interfase ya que la fase M suele durar pocas horas.

22 INTERFASE Es el periodo entre dos mitosis y ocupa la mayor parte del tiempo. Es una fase de gran actividad metabólica. La célula aumenta su tamaño y multiplica su material genético. FASE G1 ( gap= intervalo) Se sintetizan proteínas para el aumento de tamaño celular y tiene duración variable. En las células que no tienen mitosis se llama Go y se dice que la célula esta en reposo. FASE S. ( síntesis) Se duplica el ADN y se sintetizan histonas . De esta forma las cromátidas se duplican y forman un cromosoma completo. ( dura unas 7 horas en mamíferos) FASE G2. La célula aumenta ligeramente de tamaño, se sintetizan las proteínas necesarias para desorganizar la envoltura nuclear (preparandose para la división), los cromosomas se individualizan y se duplican los centriolos DIVISIÓN CELULAR Se produce la mitosis o cariocinesis y posteriormente la citocinesis. ( 1º se divide el núcleo y después el citoplasma) CONTROL DEL CICLO Está regulado por ciclinas y quinasas que actúan al final de G1 y en G2

23 5.MITOSIS IMPORTANCIA. La Mitosis también conocida como cariocinesis,
asegura el reparto del material genético, entre dos células hijas que son iguales entre si e iguales a la célula madre. Se desorganiza la membrana nuclear y la cromatina se individualiza en cromosomas En el proceso interviene los centriolos que organizan el huso acromático

24 ETAPAS DE LA MITOSIS I PROFASE.
La cromatina se condensa en cromosomas y estos se hacen visibles Desaparece la membrana nuclear y el nucleolo. Los centriolos duplicados en la fase G2 inician la emigración a los polos y organizan el huso acromático o huso mitótico formado por microtúbulos ( fibras del áster) La membrana nuclear desaparece y los cromosomas se dispersan. En los centrómeros se forma el cinetocoro para la unión de los cromosomas. ( microtúbulos cinetocóricos) Propicia la unión del cromosoma al huso mitótico.

25 ETAPAS DE LA MITOSIS II METAFASE, Los cromosomas alcanzan el máximo
grado de empaquetamiento o condensación. Se termina de formar el huso acromático, extendido entre los dos polos de la célula. Los cromosomas se sitúan en la placa ecuatorial o metafásica empujados por los microtúbulos cinetocóricos y quedan unidos a las fibras de huso acromático por el centrómero, quedando cada una de las cromátidas orientadas hacia un polo.

26 ETAPAS DE LA MITOSIS III
ANAFASE. Los cromosomas se dividen en cromátidas y comienzan a emigrar hacia los polos de forma sincronizada. Son los microtúbulos cinetocóricos los que dirigen la migración. Concluye al llegar las cromátidas a los polos y va desorganizándose el huso acromático ( que deja de ser necesario). Se prepara el inicio de la citocinesis ( división del citoplasma).

27 ETAPAS DE LA MITOSIS IV TELOFASE.
Las cromátidas en los polos se descondensan y se forma la cromatina de nuevo. Reaparecen el nucleolo y la membrana nuclear. ( uno en cada polo), delimitándose, 2 zonas nucleares, una en cada polo. Desaparece definitivamente el huso mitótico al disgregarse los microtúbulos

28 Resumen gráfico

29 Algunos videos sobre mitosis
(animación mitosis) ( mitosis 3D) ( coreografía mitosis)

30 MITOSIS ASTRAL Y ANASTRAL
MITOSIS ASTRAL. ( células animales) Se realiza en células animales que poseen centriolos y el huso acromatico se organiza en torno a ellos. MITOSIS ANASTRAL.( células vegetales y protoctistas) Se realiza en células vegetales que no poseen centriolos. Presentan una zona denominada organizador microtubular , que organiza un huso acromático en forma de tonel.

31 6. CITOCINESIS CÉLULAS ANIMALES.
Una vez dividido el núcleo se divide el citoplasma y se reparten los orgánulos. Se suele solapar con la mitosis iniciándose a veces en la anafase. CÉLULAS ANIMALES. Se produce un estrangulamiento en el ecuador llamado surco de segmentación y en el se forma un anillo contráctil de filamentos de actina y miosina. Este anillo se estrecha hasta estrangularse, formándose dos células hijas independientes.

32 CÉLULAS VEGETALES La existencia de la pared rígida impide la formación del anillo contractil y el estrangulamiento. En la zona del ecuador se van acumulando vesículas procedentes del aparato de Golgi, que se van fusionando formando el fragmoplasto ( que es una especie de tabique de la pared celular, que va creciendo desde el centro hacia el exterior hasta formar un tabique completo, sobre el que luego se acumulan los azúcares. El fragmoplasto no se cierra completamente si no que deja comunicación entre ambas células hijas a través de unos estrechos puente citoplasmáticos llamados plasmodesmos.

33 OTRAS FORMAS DE DIVISIÓN
GEMACIÓN. Existe un reparto irregular del material citoplasmático, se forma una yema que puede permanecer unida o independizarse. Ejemplo: levaduras. ESPORULACIÓN. Se producen varias mitosis sucesivas en el interior de la célula, llegándose a una célula plurinucleada. Cada núcleo se rodea de una membrana plasmática y parte del citoplasma. Finalmente se rompe la célula madre y salen las células hijas.

34 7. MUERTE CELULAR: -APOPTOSIS :En cada división celular una cadena de ADN no puede duplicarse completa y pierde un trozo de telómero( nucleótidos). Al cabo de un tiempo el telómero se ha acortado tanto que los cromosomas pierden su protección y la célula deja de dividirse y se inicia un proceso de apoptosis o muerte celular programada En células embrionarias y cancerosas se encuentra activado un gen que sintetiza la telomerasa. Esta enzima recupera el fragmento perdido. Por ello son células que no detienen su división. -NECROSIS: Muerte accidentl de una célula por un daño grave, como por ejemplo una falta de oxígeno.

35 8. MEIOSIS CARACTERÍSTICAS.
- Proceso para la formación de gametos en los organismos con reproducción sexual. - A partir de una célula diploide se forman 4 células haploides genéticamente diferentes entre si. - Se reduce a la mitad el número de cromosomas de las células reproductoras, para que al producirse la fecundación se obtenga una célula diploide normal. -Se produce recombinación génica o intercambio genético para formar gametos diferentes y mejorar la variabilidad genética. - El proceso se realiza mediante dos divisiones sucesivas,conocidas como Meiosis I y Meiosis II la primera es reduccional.

36 MEIOSIS I – DIVISIÓN REDUCCIONAL
PROFASE I. ( es la dase más compleja a su vez dividida en varias subfases) Leptotena: Los cromosomas se condensan aunque no del todo y están unidos a la membrana nuclear por los extremos cerca de los centriolos, mediante unas estructuras llamadas placas de unión. Cigotena: Los cromosomas homólogos se aparean hasta quedar completamente alineados, pareciendo un cromosoma con cuatro cromátidas denominado tetrada o bivalente. Se producen los quiasmas. Paquitena: Se produce el sobrecruzamiento en el que se intercambia material genético entre cromátidas de cromosomas homólogos. La consecuencia de esto es el intercambio de genes o recombinación génica. Diplotena: Los cromosomas homólogos inician su separación, unidos todavía por los quiasmas Diacinesis: Los cromosomas se condensan. Desaparece la membrana nuclear y el nucleólo, se forma el huso acromático y el cinetocoro.

37 TETRADAS. QUIASMAS. RECOMBINACIÓN

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39 METAFASE I Se sitúan los cromosomas unidos todavía por los quiasmas en la placa ecuatorial. Los centrómeros de cada cromosoma se orientan hacia los polos, unidos a las fibras del huso. ANAFASE I. Los cromosomas homólogos se separan y comienzan a emigrar a los polos unidos a las fibras del huso por el cinetocoro.. Cada cromosoma de la pareja emigra a un polo. Migra el cromosoma completo con sus recombinaciones correspondientes. TELOFASE I Los cromosomas llegan a los polos y aparece la membrana nuclear y el nucleolo. Se produce la citocinesis y la célula se divide en dos células hijas, con la mitad de cromosomas que la célula madre

40 DIVISIÓN II Es como una mitosis.
Se produce una corta interfase entre la división I y la división II y no hay tiempo para la síntesis de ADN. Se produce en las dos células hijas a la vez. Al final se obtienen cuatro células hijas con la mitad de cromosomas que la célula madre. Son células haploides y genéticamente distinta por la recombinación.

41 Meiosis II: fases PROFASE II: Desaparece la membrana nuclear, los cromosomas se condensan y aparece el huso acromático. METAFASE II: Los cromosomas se sitúan en la placa ecuatorial. Cada uno esta formado por dos cromátidas unidas por el centrómero y cada una tiene asociado un cinetocoro. ANAFASE II: Se separan los centrómeros y cada cromátida emigra hacia polos opuestos. TELOFASE II: Se forma la membrana nuclear alrededor de los cromosomas que se descondensan. Se produce la citocinesis y se obtienen 4 células hijas, cada una de las cuales tiene la mitad de los cromosomas de la célula madre. Son céluas haploides y genéticamente diferentes ya que poseen algunos cromosomas recombinados. ( Meiosis en Inglés) ( meiosis para bobos) ( mitosis vs meiosis)

42 9. REPRODUCCIÓN. REPRODUCCIÓN ASEXUAL.
- Interviene un solo individuo: Se da en todos los seres unicelulares y es frecuente en plantas, hongos y algunos animales pluricelulares. - VENTAJAS. No se necesitan más individuos. Es más sencilla y rápida, ya que no se necesitan estructuras especiales. Produce un gran número de individuos en poco tiempo. - INCONVENIENTES. No se produce variabilidad genética. Si las condiciones no son óptimas todos los individuos desaparecen.

43 REPRODUCCIÓN SEXUAL. - Interviene dos individuos que realizan la unión de dos gametos haploides, procedentes de meiosis, que forman la célula huevo. - VENTAJAS. Se produce variabilidad genética por la meiosis y la recombinación. Los cromosomas se distribuyen al azar en la meiosis y sólo va un cromosoma de cada homólogo al gameto. Cada gameto se une con otro por azar aportando sus genes. - INCONVENIENTE. Requiere el encuentro de dos individuos. Requiere el encuentro de dos gametos. Mas compleja. Requiere estructuras y procesos específicos.

44 MECANISMOS PARA MANTENER V. GENÉTICA
- DIPLOIDÍA. Si fuesen las células haploides cualquier variación en el genotipo se hereda . Al ser diploides existen dos juegos cromosómicos y por tanto dos copias de cada gen. Esto permite la supervivencia de individuos con algún gen defectuoso - EVITAR LA ENDOGAMIA. Así se evita la reproducción de individuos emparentados y se daría poca variabilidad genética En animales hermafroditas no se da la autofecundación, se realiza la fecundación cruzada. En mamíferos los machos jóvenes abandonan el grupo para evitar apareamiento con las madres.

45 10. CICLOS BIOLÓGICOS CICLO HAPLONTE. MEIOSIS CIGÓTICA
- El adulto es haploide. - Se da en algunas algas y hongos. - La meiosis la sufre el cigoto (2n). Este produce esporas sexuales (n), que originan el individuo adulto, que forman gametos hapliodes, que por fecundación forman el cigoto (2n) -

46 CICLO DIPLONTE. MEIOSIS GAMÉTICA
- El adulto es diploide. - Se da en animales. - El adulto (2n) sufre la meiosis gamética, que origina gametos (n), que al fecundarse forma la célula huevo (2n), que por mitosis genera el adulto(2n).

47 CICLO HAPLODIPLONTE MEIOSIS ESPOROGÉNICA
- Existen dos formas adultas el gametofito y el esporofito. - Se da en plantas. - El esporofito (2n) sufre la meiosis y forma meiosporas (n). Estas germinan y forman el gametofito (n). En el gametofito se forman gametos (n) que tras la fecundación originan el cigoto (2n) que por mitosis forma el esporofito (2n)