El núcleo y la replicación del ADN

El núcleo es el más grande y más prominente de los orgánulos de una célula. El núcleo generalmente se considera el centro de control de la célula porque almacena todas las instrucciones genéticas para fabricar proteínas. Curiosamente, algunas células del cuerpo, como las células musculares, contienen más de un núcleo, que se conoce como multinucleado. Otras células, como los glóbulos rojos de los mamíferos (glóbulos rojos), no contienen núcleos en absoluto. Los glóbulos rojos expulsan sus núcleos a medida que maduran, haciendo espacio para la gran cantidad de moléculas de hemoglobina que transportan oxígeno por todo el cuerpo. Sin núcleos, la vida útil de los glóbulos rojos es corta, por lo que el cuerpo debe producir nuevos constantemente.

 El núcleo: Es el centro de control de la célula. El núcleo de las células vivas contiene el material genético que determina toda la estructura y función de esa célula.

Célula muscular multinucleada: A diferencia de las células del músculo cardíaco y las células del músculo liso, que tienen un solo núcleo, una célula del músculo esquelético contiene muchos núcleos y se conoce como "multinucleada". Estas células musculares son largas y fibrosas (a menudo denominadas fibras musculares). Durante el desarrollo, muchas células más pequeñas se fusionan para formar una fibra muscular madura. Los núcleos de las células fusionadas se conservan en la célula madura, impartiendo así una característica multinucleada a las células musculares maduras. LM × 104.3.

Glóbulos rojos que extruyen su núcleo: Los glóbulos rojos maduros carecen de núcleo. A medida que maduran, los eritroblastos extruyen su núcleo, dejando espacio para más hemoglobina. Los dos paneles aquí muestran un eritroblastos antes y después de expulsar su núcleo, respectivamente.

Dentro del núcleo se encuentra el modelo que dicta todo lo que hará una célula y todos los productos que producirá. Esta información se almacena dentro del ADN. El núcleo envía "comandos" a la célula a través de mensajeros moleculares que traducen la información del ADN. Cada célula de su cuerpo (con la excepción de las células germinales) contiene el conjunto completo de su ADN. Cuando una célula se divide, el ADN debe duplicarse para que cada célula nueva reciba un complemento completo de ADN. La siguiente sección explorará la estructura del núcleo y sus contenidos, así como el proceso de replicación del ADN.

Organización del núcleo y su ADN.

Como la mayoría de los otros orgánulos celulares, el núcleo está rodeado por una membrana llamada envoltura nuclear. Esta cubierta membranosa consta de dos bicapas lipídicas adyacentes con un espacio fluido delgado entre ellas. Que abarcan estas dos bicapas son poros nucleares. Un poro nuclear es un pequeño pasaje para el paso de proteínas, ARN y solutos entre el núcleo y el citoplasma. Las proteínas llamadas complejos de poros que recubren los poros nucleares regulan el paso de materiales dentro y fuera del núcleo.

Dentro de la envoltura nuclear hay un nucleoplasma similar a un gel con solutos que incluyen los componentes básicos de los ácidos nucleicos. También puede haber una masa de tinción oscura a menudo visible bajo un simple microscopio óptico, llamado nucleolo (plural = nucleoli). El nucleolo es una región del núcleo que se encarga de fabricar el ARN necesario para la construcción de los ribosomas. Una vez sintetizadas, las subunidades ribosómicas recién hechas salen del núcleo de la célula a través de los poros nucleares.

Las instrucciones genéticas que se utilizan para construir y mantener un organismo se organizan de manera ordenada en cadenas de ADN. Dentro del núcleo hay hilos de cromatina compuestos de ADN y proteínas asociadas. A lo largo de los hilos de cromatina, el ADN se envuelve alrededor de un conjunto de proteínas histonas. Un nucleosoma es un único complejo de ADN-histona envuelto. Múltiples nucleosomas a lo largo de toda la molécula de ADN aparecen como un collar de cuentas, en el que la cadena es el ADN y las cuentas son las histonas asociadas. Cuando una célula está en proceso de división, la cromatina se condensa en cromosomas, de modo que el ADN puede transportarse de manera segura a las "células hijas". El cromosoma está compuesto de ADN y proteínas; Es la forma condensada de la cromatina. Se estima que los humanos tienen casi 22,000 genes distribuidos en 46 cromosomas.

Macroestructura de ADN: Las cadenas de ADN se envuelven alrededor de las histonas de soporte. Estas proteínas se agrupan y condensan cada vez más en la cromatina, que se empaqueta fuertemente en los cromosomas cuando la célula está lista para dividirse.

Replicación de ADN

Para que un organismo crezca, se desarrolle y mantenga su salud, las células deben reproducirse dividiéndose para producir dos nuevas células hijas, cada una con el complemento completo de ADN que se encuentra en la célula original. Miles de millones de células nuevas se producen en un humano adulto todos los días. Solo muy pocos tipos de células en el cuerpo no se dividen, incluidas las células nerviosas, las fibras del músculo esquelético y las células del músculo cardíaco. El tiempo de división de los diferentes tipos de células varía. Las células epiteliales de la piel y el revestimiento gastrointestinal, por ejemplo, se dividen con mucha frecuencia para reemplazar las que se rozan constantemente de la superficie por fricción.

Una molécula de ADN está hecha de dos cadenas que se "complementan" entre sí en el sentido de que las moléculas que componen las cadenas encajan y se unen entre sí, creando una molécula de doble cadena que se parece mucho a una escalera larga y retorcida. Cada riel lateral de la escalera de ADN está compuesto por grupos alternos de azúcar y fosfato. Los dos lados de la escalera no son idénticos, pero son complementarios. Estas dos cadenas principales están unidas entre sí a través de pares de bases sobresalientes, cada par unido formando un "peldaño" o miembro transversal. Las cuatro bases de ADN son adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Debido a su forma y carga, las dos bases que componen un par siempre se unen. La adenina siempre se une con timina y la citosina siempre se une con guanina. La secuencia particular de bases a lo largo de la molécula de ADN determina el código genético. Por lo tanto, si las dos cadenas complementarias de ADN se separaron, se podría inferir el orden de las bases en una cadena a partir de las bases en la otra cadena complementaria. Por ejemplo, si una cadena tiene una región con la secuencia AGTGCCT, entonces la secuencia de la cadena complementaria sería TCACGGA.

Estructura molecular del ADN: La doble hélice del ADN está compuesta por dos cadenas complementarias. Las cadenas se unen entre sí a través de sus pares de bases nitrogenadas utilizando enlaces de hidrógeno.

La replicación del ADN es la copia del ADN que ocurre antes de que la división celular pueda tener lugar. Después de un gran debate y experimentación, el método general de replicación del ADN fue deducido en 1958 por dos científicos en California, Matthew Meselson y Franklin Stahl.

Replicación de ADN: duplica fielmente todo el genoma de la célula. Durante la replicación del ADN, varias enzimas diferentes trabajan juntas para separar las dos cadenas para que cada cadena se pueda usar como plantilla para sintetizar nuevas cadenas complementarias. Las dos nuevas moléculas de ADN hija contienen cada una una cadena preexistente y una cadena recién sintetizada. Por lo tanto, se dice que la replicación del ADN es "semiconservativa".

Etapa 1: Iniciación. Las dos hebras complementarias están separadas, al igual que descomprimir una cremallera. Enzimas especiales, que incluyen helicasa, desenrollan y separan las dos cadenas de ADN.

Etapa 2: alargamiento. Cada cadena se convierte en una plantilla a lo largo de la cual se construye una nueva cadena complementaria. La ADN polimerasa aporta las bases correctas para complementar la cadena de plantilla, sintetizando una nueva cadena base por base. Una ADN polimerasa es una enzima que agrega nucleótidos libres al final de una cadena de ADN, formando una nueva doble cadena. Esta cadena en crecimiento continúa desarrollándose hasta que haya complementado completamente la cadena de la plantilla.

Etapa 3: Terminación. Una vez que las dos cadenas originales se unen a sus propias cadenas complementarias terminadas, se detiene la replicación del ADN y se completan las dos nuevas moléculas de ADN idénticas.

Cada nueva molécula de ADN contiene una cadena de la molécula original y una cadena recién sintetizada. El término para este modo de replicación es "semiconservativo", porque la mitad de la molécula de ADN original se conserva en cada nueva molécula de ADN. Este proceso continúa hasta que se replica el genoma completo de la célula, todo el complemento del ADN de un organismo. Como se puede imaginar, es muy importante que la replicación del ADN tenga lugar precisamente para que las nuevas células en el cuerpo contengan exactamente el mismo material genético que sus células madre. Los errores cometidos durante la replicación del ADN, como la adición accidental de un nucleótido inapropiado, tienen el potencial de hacer que un gen sea disfuncional o inútil. Afortunadamente, existen mecanismos para minimizar tales errores. Un proceso de revisión de ADN solicita la ayuda de enzimas especiales que escanean la molécula recién sintetizada en busca de errores y los corrige. Una vez que se completa el proceso de replicación del ADN, la célula está lista para dividirse.

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