Atlas de histología vegetal y animal

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La célula. 4. El núcleo.

CROMATINA

El nucleoplasma, rodeado por la envuelta nuclear, contiene la cromatina, la cual se puede considerar como el ADN (ácido desoxirribonucleico) más todas las moléculas relacionadas con su organización, fundamentalmente histonas. El ADN está formado por 4 desoxirribonucleótidos (abreviado como nucleótidos). Cada nucleótido contiene una sucesión de tres componentes: base, pentosa y grupo fosfato. Las bases son cuatro, dos púricas: adenina (A) y guanina (G), y dos pirimidínicas: timina (T) y citosina (C) (Figura 1). La pentosa es la desoxirribosa. Cada base se une a una pentosa formando un desoxirribonucleósido. Cada desoxirribonucleósido se une a un grupo fostato por un carbono de la pentosa formándose un desoxirribonucleótido. Así, una cadena de ADN está formada por una sucesión de nucleótidos unidos entre sí por los grupos fosfato. Esto es una cadena simple pero el ADN está formado por dos cadenas simples gracias a la complementariedad que existe entre las bases A y T y entre G y C, las cuales establecen uniones del tipo puentes de hidrógeno. Se disponen como las vías de un tren, donde las cadenas fosfato-ribosa son las vías y las bases-puentes de hidrógeno son los travesaños. Pero las dos hebras son antiparalelas, es decir, que en los extremos tenemos el carbono 3' de una cadena y el 5' de la otra. Ambas, además, se arrollan en forma de doble hélice de unos 2.5 nm de anchura.

ADN
Figura 1. Esquema de la organización molecular del ADN.

Los nucleótidos no sólo están en el ADN. Pueden estar formando parte de otras moléculas con funciones totalmente diferentes. Por ejemplo el ATP (adenosín trifosfato) es la molécula de transferencia energética por exelenceia en las células, o el AMPc (adenosín monofostato cíclico) es un segundo mensajero celular muy importante.

El ADN no se encuentra libre en el núcleo sino asociado a proteínas como las histonas y a otras proteínas implicadas en su procesamiento, formando en conjunto la cromatina. Las histonas son proteínas asociadas al ADN que determinan su organización. Hay dos tipos: las nucleosómicas que son cuatro (H2A, H2B, H3 y H4) y la histona H1. Las cuatro histonas nucleosómicas son las responsables de formar junto con el ADN los denominados nucleosomas, que son la unidad estructural básica de la cromatina. En menor proporción hay otras proteínas que pueden estar asociadas al ADN. Entre ellas se encuentran todas las proteínas responsables de la expresión (transcripción), síntesis (replicación) y empaquetado del ADN.

Cromosomas
Cromosomas

Cohesinas y condensinas

Cohesinas y condensinas

Cuando se observa al microscopio electrónico un núcleo de una célula en interfase aparecen zonas claras y oscuras (figura 2). Las oscuras se corresponden mayoritariamente con cromatina compactada, denominada heterocromatina. La heterocromatina se suele situar en las proximidades de la envuelta nuclear o en los alrededores del nucléolo. El nucléolo es una estructura más o menos redondeada más oscura en la que se encuentra una porción de la cromatina relacionada con la producción de ARN ribosómico y el ensamblaje de ribosomas, como veremos en el apartado siguiente. En las zonas claras la cromatina se dispone de forma más laxa y se denomina eucromatina. Esta organización también se aprecia cuando se observan los núcleos celulares con el microscopio óptico (Figura 3).

Cromatina
Figura 2. Imagen tomada con un microscopio electrónico de transmisión. Se observan núcleos (indicados con una N) de células ependimarias de la médula espinal de un pez. Los asteriscos negros indican eucromatina, menos compactada y por tanto más clara. Los asteriscos blancos señalan heterocromatina, más densa y por tanto más compactada.
Cromatina
Figura 3. Imagen tomada con un microscopio óptico de las vellosidades intestinales de un mamífero teñidas con hematoxilina. Los núcleos redondeados presentan zonas púrpuras más densas y zonas más claras. Las zonas densas corresponden a la heterocromatina, donde más colorante se ha unido, mientras que las zonas claras corresponden con cromatina menos empaquetada, se une menos colorante.

La eucromatina se suele corresponder con regiones del ADN que está transcribiéndose, mientras que la heterocromatina es en su mayoría transcripcionalmente inactiva. La heterocromatina a su vez se divide en heterocromatina facultativa, es decir, que puede pasar de heterocromatina a eucromatina y viceversa, y en heterocromatina constitutiva, que está siempre condensada y corresponde al 10-20 % de la heterocromatina total del núcleo. Aunque existan porciones de ADN en la heterocromatina constitutiva que se transcriben, aquí se localizan genes que normalmente no se expresan. Existe un grado de compactación mayor al de la heterocromatina cuando la célula forma los cromosomas durante los procesos de división, bien en mitosis o en meiosis. En los cromosomas se empaquetan tanto la heterocromatina como la eucromatina.

Si pensamos en el núcleo interfásico como un amasijo de cromatina, consecuencia de la descondensación de los cromosomas, es difícil imaginar cómo la célula es capaz de manejar esta cromatina, condensarla, descondensarla, regularla y expresarla, sin formar un enorme enredo. Lejos de ser un amasijo, en 1980 se observó que los cromosomas de mamíferos ocupaban territorios espaciales definidos en el núcleo. Estos territorios son casi esféricos, de unos 2 a 4 µm de diámetro,y los territorios de diferentes cromosomas sólo se mezclan un poco en sus bordes (en levaduras, sin embargo, los límites entre territorios no están tan bien definidos) (Figura 4). Muchas evidencias soportan una organización no aleatoria de los territorios en el nucleoplasma. Aunque la disposición puede diferir entre tipos celulares, estados de diferenciación y a lo largo del ciclo celular, parece que la ordenación territorial es bastante estable en el tiempo para una misma célula. Por tanto, los territorios que ocupan los cromosomas dentro del núcleo no son al azar. Los más activos suelen localizarse en el centro del núcleo, mientras que los menos activos lo hacen cerca de la envuelta nuclear. No sólo eso, dentro de cada territorio las regiones que se replican durante la primera mitad de la fase S (regiones de replicación temprana) se encuentran separadas de las que se replican en la segunda mitad de la fase S (regiones de replicación tardía). Las interacciones con el lámina nuclear y con las membranas de la envuelta ayudan en esta segregación por territorios. Es interesante reseñar que también los cromosomas homólogos se despliegan en regiones diferentes del núcleo.

ADN
Figura 4. Esquema de la organización de la cromatina en núcleo en interfase (modificado de Cavalli y Misteli, 2013).

Dentro de cada territorio hay subterritorios o dominios. Así, hay territorios de cromatina reprimida: cromatina policómbica, heterocromatina y otra menos caracterizada. La cromatina activa o abierta puede contener secuencias reguladoras, promotores, secuencias transcritas y regiones unidas a proteínas cromatínicas aislantes. A pesar de ello, los territorios no determinan por completo cómo se va a comportar un gen. La cromatina reprimida no parece interactuar con otros territorios, mientras que la cromatina abierta puede hacerlo, incluso con dominios de otros territories cromosómicos. Los mecanismos para la formación de las dominios cromosómicos son las interacciones locales entre lazos de cromatina. Por ejemplo, la cromatina activa tienen más propensión a interactuar con otras zonas cercanas de cromatina activa que con cromatina reprimida.

Bilbiografía

Cavalli G, Misteli T. 2012. Functional implications of genome topology. Nature structural and molecular biology. 20: 290-299.

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