Realización de la información genética
Esta función incluye los procesos que proveen a la célula de proteínas y ARN. La etapa principal es la expresión génica, que comienza con la transcripción (la creación de transcritos primarios sobre una matriz de ADN) y la síntesis de los ARNr y ARNt funcionales.
A continuación ocurre el procesamiento (maduración) del ARN mensajero:
- Sempalme (splicing): eliminación de intrones (regiones no codificantes) y unión de exones (codificantes).
- Modificación de los extremos: adición de secuencias especiales que protegen el ARN de las exonucleasas y ayudan a unirse al ribosoma.
Además, en el núcleo se ensamblan las subunidades ribosómicas (a partir de ARNr y proteínas citoplasmáticas). La actividad génica se regula mediante modificaciones químicas del ADN y las histonas, lo que determina qué regiones van a «funcionar» y cuáles van a «silenciarse».
Preservación y reproducción del genoma
El mantenimiento de la integridad del ADN se basa en tres procesos:
- Reparación. Detección y corrección constante de errores. Su eficacia disminuye con la edad.
- Replicación (duplicación). Ocurre antes de la división (excepto en la segunda división meiótica) según el principio semiconservador: cada nueva molécula contiene una cadena antigua y una nueva.
- Condensación cromosómica. Empaquetamiento compacto del material genético al inicio de la división celular. Esto previene enredos y rupturas de los cromosomas al segregarse hacia los polos.
Destrucción del material hereditario
El núcleo es capaz de desencadenar la muerte celular programada: apoptosis. Este proceso activa enzimas intranucleares (endonucleasas) que fragmentan el ADN.
Causas de esta autodestrucción:
- Acumulación de una cantidad crítica de errores y daños en el ADN que no se pueden reparar.
- Recepción de señales químicas externas específicas a través de receptores en la membrana celular.
Características de los núcleos de las células germinales
En las células germinales en maduración se exigen requisitos más estrictos para la preservación del genoma con el fin de no transmitir defectos a la descendencia. La reparación es más intensa y las células dañadas entran en apoptosis con mayor frecuencia.
Durante la meiosis ocurren la conjugación (aproximación) y el entrecruzamiento (crossing-over) (intercambio de segmentos) de los cromosomas homólogos, lo que no solo incrementa la diversidad genética sino que, según la hipótesis de «rejuvenecimiento», mejora la reparación de defectos. Durante la espermatogénesis se observa una «supercondensación», que es el empaquetamiento máximo del ADN mediante la sustitución de las proteínas habituales por otras específicas.
Evidencia de la transcripción en el núcleo
La síntesis de ARN específicamente en el núcleo se puede demostrar experimentalmente mediante el método de autorradiografía.
Se introduce en el organismo un marcador radiactivo: H³-uridina. Se utiliza uridina y no UTP, ya que los grupos fosfato impiden que la molécula atraviese la membrana celular. Además, a diferencia de la timidina (marcador de la replicación del ADN), la uridina se incorpora exclusivamente durante la síntesis de ARN. En los cortes histológicos recubiertos con emulsión fotográfica, la descomposición radiactiva deja gránulos de plata (puntos negros) que se localizan estrictamente sobre los núcleos celulares.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Mediante qué modificaciones químicas específicas del ADN y las histonas se regula la actividad génica?
La actividad génica se regula mediante la metilación del ADN, así como la metilación, acetilación y fosforilación de las histonas.
- Metilación del ADN: la adición de grupos metilo transfiere los genes a un estado inactivo.
- Metilación y acetilación de histonas: ocurren en los grupos amino de los radicales de lisina y arginina.
- Fosforilación de histonas: se lleva a cabo en el residuo de serina.
Estas modificaciones de las histonas reducen su carga positiva neta, lo que debilita la unión de las proteínas con el ADN en los nucleosomas. Como resultado, la cromatina pasa a un estado potencialmente activo (eucromatina), permitiendo el acceso a las enzimas de transcripción.
¿A expensas de qué proteínas específicas ocurre la supercondensación del ADN durante la espermatogénesis?
La supercondensación del ADN durante la espermatogénesis ocurre debido a la sustitución de las histonas nucleares típicas por proteínas básicas especializadas.
- Protaminas: proteínas altamente básicas específicas que reemplazan a las histonas.
- Histonas específicas: proteínas enriquecidas en gran medida con arginina y cisteína.
Dicha sustitución proteica garantiza un empaquetamiento superdenso de la cromatina, en el cual la organización nucleosómica se modifica o desaparece por completo, y el volumen nuclear disminuye unas 30 veces. Esto protege el material genético en la cabeza del espermatozoide.
Preguntas de clases y exámenes
El UTP no puede penetrar en la célula debido a los grupos fosfato, por lo que se utiliza el nucleósido uridina. La timidina se utiliza para rastrear la replicación del ADN, mientras que la uridina se incorpora de forma específica únicamente en el ARN durante la transcripción.
El UTP no puede penetrar en la célula debido a los grupos fosfato, por lo que se utiliza el nucleósido uridina. La timidina se utiliza para rastrear la replicación del ADN, mientras que la uridina se incorpora de forma específica únicamente en el ARN durante la transcripción.
¿Qué es el corte y empalme (splicing)?
Es una etapa de maduración (procesamiento) del ARNm en la cual se eliminan de la molécula las regiones no codificantes (intrones) y los fragmentos codificantes restantes (exones) se unen.
¿En qué consiste el principio semiconservador de la replicación?
Durante la duplicación del ADN, cada una de las dos moléculas hijas formadas consta de una cadena parental antigua y una cadena completamente nueva sintetizada según el principio de complementariedad.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de modificación química de las histonas
- Estructura y funciones de la cromatina en el núcleo interfásico
- Tinción de ADN según el método de Feulgen
- Tipos de exonucleasas y protección del ARNm
- Proteínas específicas en la supercondensación durante la espermatogénesis
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