Cromatina: Estructura y Función

La Cromatina es la estructura que contiene el material genético dentro del núcleo de la célula. Está formada por ADN bicatenario (doble hélice) unido a proteínas llamadas histonas, que ayudan a organizar y compactar el ADN para que pueda caber en el núcleo y regular su accesibilidad para diferentes procesos celulares, como la transcripción del ADN a ARN.

El ADN no está suelto dentro del núcleo, sino que se pliega en distintos niveles de compactación. El primer nivel es la fibra nucleosómica (10 nm), donde el ADN se enrolla alrededor de proteínas histonas formando estructuras llamadas nucleosomas, similares a un collar de perlas. Luego, estos nucleosomas se compactan aún más formando la fibra de cromatina de 30 nm, que es el segundo grado de empaquetamiento. Cuando la célula se va a dividir, la cromatina se pliega aún más en estructuras superenrolladas de mayor grosor (300 nm, 700 nm), hasta alcanzar su máxima compactación, formando los cromosomas, que son visibles en el microscopio durante la mitosis o meiosis.

Tipos de Cromatina

Dependiendo de su grado de empaquetamiento y actividad, la cromatina se divide en eucromatina y heterocromatina. La eucromatina es una región menos compactada y activa en la transcripción, es decir, es donde se produce la copia del ADN a ARN para la síntesis de proteínas. Como está más relajada, permite el acceso de la ARN polimerasa y otras enzimas necesarias para la transcripción. Representa aproximadamente el 10% de la cromatina celular.

Por otro lado, la heterocromatina está más compactada y no participa en la transcripción, por lo que se considera inactiva. Bajo el microscopio electrónico, se observa más densa y oscura. Existen dos tipos de heterocromatina:

• Heterocromatina constitutiva: Siempre permanece condensada y no se transcribe nunca. Se encuentra en todas las células del organismo y suele localizarse en regiones estructurales del ADN, como el centrómero y el ADN satélite, que son esenciales para el movimiento de los cromosomas durante la división celular.
• Heterocromatina facultativa: Contiene genes que pueden activarse o inactivarse según el tipo de célula y su función. Durante el desarrollo embrionario, ciertas regiones del ADN se apagan en algunos tipos de células y se mantienen activas en otros, permitiendo la especialización celular. Por ejemplo, en las neuronas estarán activos los genes que permiten la transmisión del impulso nervioso y estarán inactivos los genes de contracción muscular, mientras que en las fibras musculares ocurre lo contrario: se activan los genes relacionados con la contracción y se desactivan los genes relacionados con la función neuronal.

Empaquetamiento del ADN en Células Eucariotas

El ADN en las células eucariotas es una molécula extremadamente larga que necesita compactarse de manera eficiente para caber dentro del núcleo celular. Este proceso de empaquetamiento se lleva a cabo en varios niveles, formando estructuras que van desde la cromatina hasta los cromosomas durante la división celular.

En primer lugar, el ADN, en su forma básica, es una doble hélice, una estructura en espiral formada por dos cadenas de nucleótidos. Para empezar a empaquetarse, el ADN se enrolla alrededor de proteínas llamadas histonas, formando estructuras similares a un “collar de perlas” llamadas nucleosomas. Este primer nivel de compactación da lugar a una estructura denominada fibra nucleosómica, que tiene un grosor de aproximadamente 10 nm. Los nucleosomas están formados por un conjunto de histonas alrededor de las cuales se enrolla el ADN, ayudando a organizarlo y compactarlo.

Luego, la fibra nucleosómica se pliega aún más, formando una fibra de cromatina de 30 nm. En este nivel de empaquetamiento, la cromatina se organiza en estructuras más compactas, pero aún sigue siendo accesible para los procesos celulares como la transcripción. La cromatina es la forma que adopta el ADN cuando la célula no se está dividiendo y puede encontrarse en dos estados:

• Eucromatina: Es la cromatina menos compacta y activa en la transcripción genética. Es donde se lleva a cabo la síntesis de ARN, ya que el ADN está suficientemente distendido para permitir que las enzimas, como la ARN polimerasa, accedan a las secuencias de genes.
• Heterocromatina: Es la cromatina más compacta y generalmente inactiva. No se transcribe y permanece en una forma más condensada, lo que limita el acceso al ADN. La heterocromatina puede ser de dos tipos:
  • Heterocromatina constitutiva: Siempre está condensada y no se transcribe. Se encuentra en regiones del ADN como el centrómero y los brazos de los cromosomas.
  • Heterocromatina facultativa: Representa zonas del ADN que se pueden activar o desactivar dependiendo del tipo celular. Por ejemplo, los genes en las células nerviosas pueden estar activos mientras que en las células musculares estos mismos genes pueden estar inactivos, y viceversa.

Cuando la célula se prepara para dividirse, la cromatina sufre un proceso de compactación aún mayor. Las fibras de cromatina de 30 nm se pliegan en estructuras más gruesas, alcanzando hasta 300 nm o más, hasta formar los cromosomas. Los cromosomas son las estructuras visibles en el microscopio cuando la célula está en división y son esenciales para asegurar que el ADN se distribuya de manera equitativa entre las células hijas.

Morfología del Cromosoma Metafásico

El cromosoma metafásico es el que está más condensado y se distingue mejor. Se distinguen las siguientes partes:

• Cromátidas: Son cada una de las partes simétricas y genéticamente idénticas del cromosoma, ya que son el resultado de la duplicación del ADN que se realiza antes de comenzar la división celular.
• Centrómero: Es una zona delgada o estrechamiento que une entre sí las cromátidas y divide al cromosoma en dos brazos que, según la posición del centrómero, nos dará determinadas longitudes de los brazos que nos permite clasificar los cromosomas en 4 tipos: metacéntrico, submetacéntrico, acrocéntrico y telocéntrico.
• Constricciones secundarias: Son estrechamientos distintos al centrómero. Son zonas asociadas a los nucleolos (formarán los nucleolos cuando termine la división celular y vuelva a aparecer el núcleo). Se conocen como regiones de organización nucleolar (NOR).
• Cinetocoros: A cada lado del centrómero hay una serie de proteínas que forman el cinetocoro, que es donde se insertan los microtúbulos del huso acromático que son los responsables de la separación controlada de las cromátidas de cada cromosoma durante la división celular.
• Bandas: Utilizando diversas técnicas de tinción aparecen las bandas, que son segmentos que se colorean con diferente intensidad y sirven para distinguir los cromosomas homólogos entre otros cromosomas de similar forma y tamaño.
• Satélites: Cuando una constricción secundaria se sitúa cerca de los telómeros dejando una zona corta más o menos redondeada se llama satélite.
• Telómeros: Estructuras protectoras situadas en cada uno de los extremos del cromosoma eucariótico. Evitan que se pierda información de los extremos en cada ciclo de replicación. En el ser humano, los telómeros contienen la secuencia TTAGGG repetida miles de veces.

Ploidía: Número de Copias Cromosómicas

El concepto de ploidía se refiere al número de copias de cromosomas que tiene una célula en su núcleo. Dependiendo de cuántas copias de cada cromosoma tenga una célula, se clasifica en diferentes tipos de ploidía:

1. Células haploides (n): Una célula haploide tiene una sola copia de cada cromosoma. Esto significa que solo tiene un conjunto completo de cromosomas. Este tipo de célula es típico de las células sexuales o gametos (óvulos y espermatozoides) en organismos que se reproducen sexualmente. Por ejemplo, en los humanos, las células haploides tienen 23 cromosomas, que es la mitad del número total de cromosomas en las células diploides.
2. Células diploides (2n): Una célula diploide tiene dos copias de cada cromosoma, es decir, un conjunto completo de cromosomas heredados de ambos padres. En los humanos, la mayoría de las células somáticas (como las células de la piel, los músculos y los órganos) son diploides y tienen 46 cromosomas (23 pares, uno de cada par heredado de cada progenitor).

Tipos de Cromosomas

Los cromosomas son estructuras en el núcleo celular que contienen el material genético. Dependiendo de cómo se distribuyen en una célula y de sus características, los cromosomas pueden clasificarse en diferentes tipos. Aquí te explico algunos conceptos clave:

1. Cromosomas homólogos: Son pares de cromosomas que tienen la misma forma, tamaño y contienen los mismos tipos de genes, pero pueden tener variantes o alelos diferentes para esos genes. En los organismos diploides (como los humanos), cada célula tiene dos copias de cada cromosoma, una heredada del padre y otra de la madre. Estos pares de cromosomas (uno del padre y otro de la madre) son llamados homólogos. Por ejemplo, el cromosoma 1 de la madre y el cromosoma 1 del padre son cromosomas homólogos.
2. Heterocromosomas o cromosomas sexuales: Son cromosomas especiales que determinan el sexo de un individuo. En los humanos, hay dos tipos de cromosomas sexuales:

• X: Es el cromosoma sexual más grande y contiene muchos genes que no están relacionados con el sexo, además de los genes relacionados con la determinación sexual.
• Y: Es mucho más pequeño y contiene genes específicos para la determinación del sexo masculino (por ejemplo, el gen SRY, que inicia el desarrollo de características masculinas).

Las personas con dos cromosomas X (XX) son generalmente mujeres, mientras que las personas con un cromosoma X y un cromosoma Y (XY) son generalmente hombres. En algunos otros organismos, los cromosomas sexuales pueden ser diferentes, pero en general, estos cromosomas están relacionados con las características sexuales de un individuo.

Autosomas: Son todos los cromosomas que no están involucrados en la determinación del sexo. En los seres humanos, hay 22 pares de autosomas, numerados del 1 al 22, que contienen la mayoría de la información genética. Los autosomas son los mismos en hombres y mujeres, ya que no están involucrados en la determinación del sexo, a diferencia de los cromosomas sexuales (X e Y).