Núcleo celular 1

Núcleo celular

Células HeLa teñidas mediantes la tinción de Hoechst, que marca en azul el ADN.La célula central y la última de la derecha se encuentran en interfase, por lo que su

núcleo se ha teñido completamente. En la izquierda se encuentra una célula enmitosis, por lo que su ADN se encuentra condensado y listo para la división.

Figura del núcleo y el retículo endoplásmico: (1)Envoltura nuclear. (2) Ribosomas. (3) PorosNucleares. (4) Nucléolo. (5) Cromatina. (6)Núcleo. (7) Retículo endoplasmático. (8)

Nucleoplasma.

En biología, el núcleo celular es unorgánulo membranoso que se encuentra enlas células eucariotas. Contiene la mayorparte del material genético celular,organizado en múltiples moléculas linealesde ADN de gran longitud formandocomplejos con una gran variedad deproteínas como las histonas para formar loscromosomas. El conjunto de genes de esoscromosomas se denomina genoma nuclear.La función del núcleo es mantener laintegridad de esos genes y controlar lasactividades celulares regulando la expresióngénica. Por ello se dice que el núcleo es elcentro de control de la célula.

Las principales estructuras que constituyenel núcleo son la envoltura nuclear, una doblemembrana que rodea completamente alorgánulo y separa ese contenido delcitoplasma, además de contar con porosnucleares que permiten el paso a través de lamembrana para la expresión genética y elmantenimiento cromosómico.

Aunque el interior del núcleo no contieneningún subcompartimento membranoso, sucontenido no es uniforme, existiendo unacierta cantidad de cuerpos subnuclearescompuestos por tipos exclusivos deproteínas, moléculas de ARN y segmentosparticulares de los cromosomas. El mejorconocido de todos ellos es el nucléolo, queprincipalmente está implicado en la síntesisde los ribosomas. Tras ser producidos en elnucléolo, éstos se exportan al citoplasma,donde traducen el ADN.

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Historia

La descripción conocida más antigua de las células y su núcleo por Antonvan Leeuwenhoek en 1719.

Dibujo de una glándula salival de Chironomusrealizado por Walther Flemming en 1882. El

núcleo contiene cromosomas politénicos.

El núcleo fue el primer orgánulo en serdescubierto. Probablemente, el dibujo más antiguoque se conserva de este orgánulo se remonta a unode los primeros microscopistas, Anton vanLeeuwenhoek (1632–1723). Este investigadorobservó un hueco o "lumen", el núcleo, eneritrocitos de salmón.[1] Al contrario que loseritrocitos de mamífero, los del resto devertebrados son nucleados. El núcleo también fuedescrito en 1804 por Franz Bauer, y posteriormentecon más detalle por el botánico escocés RobertBrown en una charla dictada ante la Sociedadlinneana de Londres en 1831.[2] Brown estabaestudiando la estructura microscópica de lasorquídeas cuando observó un área opaca, quellamó areola o núcleo, en las células de la capaexterna de la flor, si bien no sugirió una funciónpotencial para tal estructura.[3] En 1838 MatthiasSchleiden propuso que el núcleo desempeñaba unpapel en la generación de células, denominándolopor ello "citoblasto" (constructor de células).Pensaba que había observado células nuevasalrededor de estos "citoblastos". Franz Meyen fueun fuerte opositor de esta opinión habiendodescrito previamente células que se multiplicaban

por división y creyendo que muchas células carecerían de núcleo. La idea de que las células se podían generar denovo, bien por el "citoblasto" o bien de otro modo, contradecía los trabajos de Robert Remak (1852) y RudolfVirchow (1855) quienes propagaron decisivamente el nuevo paradigma de que las células sólo eran generadas porotras células ("Omnis cellula e cellula"). La función del núcleo permanecía sin aclarar.[4]

Entre 1876 y 1878 Oscar Hertwig publicó varios estudios sobre la fecundación de huevos de erizo de mar, mostrandoque el núcleo del espermatozoide entraba en el oocito, fusionándose con su núcleo. Esta fue la primera vez que sesugirió que un individuo se desarrollaba a partir de una sola célula nucleada. Esto estaba en contradicción con lateoría de Ernst Haeckel que enunciaba que se repetía la filogenia completa de una especie durante el desarrolloembrionario, incluyendo la generación de la primera célula nucleada a partir de una "monerula", una masadesestructurada de moco primordial ("Urschleim", en alemán). Por tanto, la necesidad del núcleo espermático para lafecundación estuvo en discusión por un tiempo. No obstante, Hertwig confirmó su observación en otros gruposanimales, como por ejemplo en anfibios y moluscos. Eduard Strasburger obtuvo los mismos resultados en plantas(1884). Esto allanó el camino para la asignación de un papel importante del núcleo en la herencia. En 1873 AugustWeismann postuló la equivalencia de las células germinales paternas y maternas en la herencia. La función delnúcleo como portador de información genética se hizo patente solo después, tras el descubrimiento de la mitosis y elredescubrimiento de la herencia mendeliana a principios del siglo XX. Esto supuso el desarrollo de la teoríacromosómica de la herencia.[4]

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EstructurasEl núcleo es el orgánulo de mayor tamaño en las células animales.[5] En las células de mamífero, el diámetropromedio del núcleo es de aproximadamente 6 micrómetros (μm), lo cual ocupa aproximadamente el 10% del totaldel volumen celular.[6] En los vegetales, el núcleo generalmente presenta entre 5 a 25 µm y es visible conmicroscopio óptico. En los hongos se han observado casos de especies con núcleos muy pequeños, de alrededor de0,5 µm, los cuales son visibles solamente con microscopio electrónico. En las oósferas de Cycas y de coníferasalcanza un tamaño de 0,6 mm, es decir que resulta visible a simple vista.[7]

El líquido viscoso de su interior se denomina nucleoplasma y su composición es similar a la que se encuentra en elcitosol del exterior del núcleo.[8] A grandes rasgos tiene el aspecto de un orgánulo denso y esférico.

Envoltura y poros nucleares

Núcleo celular eucariota. En este diagrama se visualiza la doblemembrana tachonada de ribosomas de la envoltura nuclear, el ADN

(complejado como cromatina), y el nucléolo. Dentro del núcleocelular se encuentra un líquido viscoso conocido como

nucleoplasma, similar al citoplasma que se encuentra fuera delnúcleo.

Sección transversal de un poro nuclear en la superficie de laenvoltura nuclear (1). Otros elementos son (2) el anillo externo, (3)

rayos, (4) cesta y (5) filamentos.

La envoltura nuclear, también conocida como membrana nuclear se compone de dos membranas, una interna y otraexterna, dispuestas en paralelo la una sobre la otra. Evita que las macromoléculas difundan libremente entre elnucleoplasma y el citoplasma.[9] La membrana nuclear externa es continua con la membrana del retículoendoplásmico rugoso (RER), y está igualmente tachonada de ribosomas. El espacio entre las membranas se conocecomo espacio o cisterna perinuclear y es continuo con la luz del RER.Los poros nucleares, que proporcionan canales acuosos que atraviesan la envoltura, están compuestos por múltiples proteínas que colectivamente se conocen como nucleoporinas. Los poros tienen 125 millones de daltons de peso molecular y se componen de aproximadamente 50 (en levaduras) a 100 proteínas (en vertebrados).[5] Los poros tienen un diámetro total de 100 nm; no obstante, el hueco por el que difunden libremente las moléculas es de 9 nm de ancho debido a la presencia de sistemas de regulación en el centro del poro. Este tamaño permite el libre paso de pequeñas moléculas hidrosolubles mientras que evita que moléculas de mayor tamaño entren o salgan de manera inadecuada, como ácidos nucleicos y proteínas grandes. Estas moléculas grandes, en lugar de ello, deben ser transportadas al núcleo de forma activa. El núcleo típico de una célula de mamífero dispone de entre 3000 y 4000 poros a lo largo de su envoltura,[10] cada uno de los cuales contiene una estructura en anillo con simetría octal en la posición en la que las membranas, interna y externa, se fusionan.[11] Anclada al anillo se encuentra la estructura

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denominada cesta nuclear que se extiende hacia el nucleoplasma, y una serie de extensiones filamentosas que seproyectan en el citoplasma. Ambas estructuras medían la unión a proteínas de transporte nucleares.[5]

La mayoría de las proteínas, subunidades del ribosoma y algunos ARNs se transportan a través de los complejos deporo en un proceso mediado por una familia de factores de transportes conocidas como carioferinas. Entre éstas seencuentran las importinas, que intervienen en el transporte en dirección al núcleo, y las que realizan el transporte ensentido contrario, que se conocen como exportinas. La mayoría de las carioferinas interactúan directamente con sucarga, aunque algunas utilizan proteínas adaptadoras.[12] Las hormonas esteroideas como el cortisol y la aldosterona,así como otras moléculas pequeñas hidrosolubles implicadas en la señalización celular pueden difundir a través de lamembrana celular y en el citoplasma, donde se unen a proteínas que actúan como receptores nucleares que sonconducidas al núcleo. Sirven como factores de transcripción cuando se unen a su ligando. En ausencia de ligandomuchos de estos receptores funcionan como histona deacetilasas que reprimen la expresión génica.[5]

Lámina nuclearEn las células animales existen dos redes de filamentos intermedios que proporcionan soporte mecánico al núcleo: lalámina nuclear forma una trama organizada en la cara interna de la envoltura, mientras que en la cara externa estesoporte es menos organizado. Ambas redes de filamentos intermedios también sirven de lugar de anclaje para loscromosomas y los poros nucleares.[6]

La lámina nuclear está compuesta por proteínas que se denominan proteínas laminares. Como todas las proteínas,éstas son sintetizadas en el citoplasma y más tarde se transportan al interior del núcleo, donde se ensamblan antes deincorporarse a la red preexistente.[13][14] Las láminas también se encuentran en el interior del nucleoplasma dondeforman otra estructura regular conocida como velo nucleoplásmico,[15] que es visible usando interfase.[16] Lasestructuras de las láminas que forman el velo se unen a la cromatina y mediante la disrupción de su estructurainhiben la transcripción de genes que codifican para proteínas.[17]

Como los componentes de otros filamentos intermedios, los monómeros de lámina contienen un dominio alfa héliceutilizada por dos monómeros para enroscarse el uno con el otro, formando un dímero con un motivo en hélicearrollada. Dos de esas estructuras dimétricas se unen posteriormente lado con lado dispuestos de modo antiparalelopara formar un tetrámero denominado protofilamento. Ocho de esos protofilamentos se disponen lateralmente paraformar un filamento. Esos filamentos se pueden ensamblar o desensamblar de modo dinámico, lo que significa quelos cambios en la longitud del filamento dependen de las tasas en competición de adición y desplazamiento.[6]

Las mutaciones en los genes de las láminas conducen a defectos en el ensamblaje de los filamentos conocidas comolaminopatías. De éstas, la más destacable es la familia de enfermedades conocida como progerias, que dan laapariencia de un envejecimiento prematuro a quienes la sufren. Se desconoce el mecanismo exacto por el que loscambios bioquímicos asociados dan lugar al fenotipo progeroide.[18]

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Cromosomas

Un núcleo celular de fibroblasto de ratón en el que elADN está teñido de azul. Los diferentes territorios del

cromosoma 2 (rojo) y cromosoma 9 (verde) estánteñidos mediante hibridación fluorescente in situ.

El núcleo celular contiene la mayor parte del material genéticocelular en forma de múltiples moléculas lineales de ADNconocidas como cromatina, y durante la división celular éstaaparece en la forma bien definida que se conoce como cromosoma.Una pequeña fracción de los genes se sitúa en otros orgánulos,como las mitocondrias o los cloroplastos de las células vegetales.

Existen dos tipos de cromatina: la eucromatina es la forma deADN menos compacta, y contiene genes que son frecuentementeexpresados por la célula.[19] El otro tipo, conocido comoheterocromatina, es la forma más compacta, y contiene ADN quese transcribe de forma infrecuente. Esta estructura se clasifica a suvez en heterocromatina facultativa, que consiste en genes queestán organizados como heterocromatina sólo en ciertos tiposcelulares o en ciertos estadios del desarrollo, y heterocromatinaconstitutiva, que consiste en componentes estructurales delcromosoma como los telómeros y los centrómeros.[20] Durante lainterfase la cromatina se organiza en territorios individualesdiscretos, los territorios cromosómicos.[21][22] Los genes activos, que se encuentran generalmente en la regióneucromática del cromosoma, tienden a localizarse en las fronteras de los territorios cromosómicos.[23]

Se han asociado anticuerpos a ciertos tipos de organización cromatínica, en particular los nucleosomas con variasenfermedades autoinmunes como el lupus eritematoso sistémico.[24] Estos son conocidos como anticuerposantinucleares (ANA) y también se han observado en concierto con la esclerosis múltiple en el contexto de unadisfunción inmune generalizada.[25] Como el caso antes mencionado de la progeria, el papel que desempeñan losanticuerpos en la inducción de los síntomas de la enfermedad autoinmune no está todavía aclarado.

Nucléolo

micrografía electrónica de un núcleo celular,mostrando su nucléolo teñido en un tono más oscuro

(electrón-denso).

El nucléolo es una estructura discreta que se tiñe densamente y seencuentra en el núcleo. No está rodeado por una membrana, por loque en ocasiones se dice que es un suborgánulo. Se formaalrededor de repeticiones en tándem de ADNr, que es el ADN quecodifica el ARN ribosómico (ARNr). Estas regiones se llamanorganizadores nucleolares. El principal papel del nucléolo essintetizar el ARNr y ensamblar los ribosomas. La cohesiónestructural del nucléolo depende de su actividad, puesto que elensamblaje ribosómico en el nucléolo resulta en una asociacióntransitoria de los componentes nucleolares, facilitando el posteriorensamblaje de otros ribosomas. Este modelo está apoyado por laobservación de que la inactivación del ARNr da como resultado enla "mezcla" de las estructuras nucleolares.[26]

El primer paso del ensamblaje ribosómico es la transcripción delADNr por la ARN polimerasa I, formando un largo pre-ARNrprecursor. Éste es escindido en las subunidades 5,8S, 18S, y 28S

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ARNr.[27] La transcripción, procesamiento post-transcripcional y ensamblaje del ARNr tiene lugar en el nucléolo,ayudado por moléculas de ARN pequeño nucleolar, algunas de las cuales se derivan de intrones ayustados de ARNmensajero relacionados con la función ribosomal. Estas subunidades ribosomales ensambladas son las estructurasmás grandes que pasan a través de los poros nucleares.[5]

Observado con microscopio de luz se destaca la estructura fibrilar o nucleolonema sobre un fondo proteicohomogenea la "pars amorfa" Cuando se observa bajo el microscopio electrónico, se puede ver que el nucléolo secompone de tres regiones distinguibles: los centros fibrilares (FCs), rodeados por el componente fibrilar denso(DFC), que a su vez está bordeado por el componente granular (GC). La transcripción del ADNr tiene lugar tanto enel FC como en la zona de transición FC-DFC, y por ello cuando la transcripción del ADNr aumenta, se observan másFC's. La mayor parte de la escisión y modificación de los ARNr tiene lugar en el DFC, mientras que los últimospasos que implican el ensamblaje de proteínas en las subunidades ribosómicas tienen lugar en el GC.[22]

Otros cuerpos subnucleares

Nombre de la estructura Diámetro de la estructura

Cuerpos de Cajal 0,2–2,0 µm[28]

PIKA 5 µm[29]

Cuerpos PML 0,2–1,0 µm[30]

Paraspeckles 0,2–1,0 µm[31]

Speckles 20–25 nm[29]

|+ Tamaño de la estructura subnuclear

Además del nucléolo, el núcleo contiene una cierta cantidad de cuerpos delimitados no membranosos. Entre éstos seencuentran los cuerpos de Cajal (cuerpos enrollados), los llamados "Géminis de los cuerpos enrollados" (Gemini ofcoiled bodies, en inglés), la denominada Asociación Cariosómica Polimórfica Interfásica (PIKA, por sus siglas eninglés de Polymorphic Interphase Karyosomal Association), los Cuerpos de la Leucemia Promielocítica (PMLs, porsus siglas en inglés de promyelocytic leukaemia), los "paraspeckles" y los "specles de ayuste" o "motas de empalme"("splicing speckles" en inglés). Aunque se sabe poco sobre el número de estos dominios subnucleares, sonsignificativos en cuanto que muestran que el nucleoplasma no es una mezcla uniforme, sino que más bien contienesubdominios funcionales organizados.[30]

Otras estructuras subnucleares aparecen como parte de procesos patológicos. Por ejemplo, se ha visto la presencia depequeños bastones intranucleares en algunos casos de miopatía nemalínica. Esta enfermedad se produce típicamentepor mutaciones en el gen de la actina, y los bastones en sí mismos están constituidos por la actina producida a partirde tales genes mutantes, así como otras proteínas del citoesqueleto.[32]

Cuerpos de Cajal y GEMs

El núcleo típico posee de 1 a 10 estructuras compactas denominadas Cuerpos de Cajal o cuerpos enrollados (CBs,por sus siglas en inglés de Coiled Bodies), cuyo diámetro mide entre 0,2 µm y 2,0 µm dependiendo del tipo celular yespecie.[28] Cuando se observan bajo el microscopio electrónico, se asemejan a ovillos de hilos enmarañados,[29] yson focos densos de distribución de la proteína coilina.[33] Los CBs están implicados en varios tipos distintos defunciones relacionadas con el procesamiento de ARN, específicamente en la maduración del ARN nucleolar pequeño(snoRNA) y el ARN nuclear pequeño (snRNA), y modificación del ARNm de histonas.[28]

Semejantes a los cuerpos de Cajal se encuentran los "Geminis de cuerpos enrollados o GEMs (por sus siglas en inglés de Gemini of Coiled Bodies), cuyo nombre se deriva de la constelación de Géminis por su relación casi como de gemelos con los Cuerpos de Cajal. Los GEMs son similares en forma y tamaño a éstos últimos, y de hecho son

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virtualmente indistinguibles al microscopio.[33] A diferencia de los cuerpos de Cajal, no contienen snRNPs, perocontienen una proteína que se denomina motoneurona superviviente (SMN, por sus siglas en inglés de survivor ofmotor neurons), cuya función se relaciona con la biogénesis del snRNP. Se cree que los GEMs ayudan a los CBs enla biogénesis del snRNP,[34] aunque también se ha sugerido a partir de evidencias de microscopía que los CBs y losGEMs son diferentes manifestaciones de la misma estructura.[33]

Dominios PIKA y PTF

Los dominios PIKA, o Asociaciones Cariosómicas Polimórficas de Interfase, fueron descritos por primera vez enestudios de microscopía en 1991. Su función era y permanece poco clara, aunque no se piensa que estén asociadoscon la replicación activa de ADN, transcripción o procesamiento de ARN.[35] Se ha visto que frecuentemente seasocian con dominios discretos definidos por localizaciones densas del factor de transcripción PTF, que promueve latranscripción del ARNnp.[36]

Cuerpos PML

Los cuerpos PML o de la proteína de la leucemia promielocítica (PML, por sus siglas en inglés de Promyelocyticleukaemia) son cuerpos esféricos que se encuentran dispersos en el nucleoplasma, y que miden alrededor de0,2–1,0 µm. Se conocen por otros nombres, como dominio «nuclear 10» (ND10), «cuerpos de Kremer», y «dominiosoncogénicos PML». A menudo se ven en el núcleo asociados con los cuerpos de Cajal. Se ha sugerido quedesempeñan un papel en la regulación de la transcripción.[30]

Paraspeckles

Descubiertos en 2002, los paraspeckles son compartimentos de forma irregular del espacio intercromatínico delnúcleo.[37] Fueron documentados por primera vez en células HeLa, donde por lo general se encuentran entre 10–30por núcleo,[38] actualmente se sabe que los paraspeckles también existen en todas las células primarias humanas, loslinajes de células transformadas y las secciones de tejidos.[39] Su nombre se deriva de su distribución en el núcleo. Elprefijo "para" es una apócope de "paralelo" y "speckles" (mancha o mota, en inglés) se refiere a su proximidad a los"splicing speckles" o motas de ayuste.[38]

Los paraspeckles son estructuras dinámicas que se alteran en respuesta a cambios en la actividad celular metabólica.Son dependientes de la transcripción,[37] y en ausencia de transcripción de la ARN Pol II, los paraspecklesdesaparecen, y todas las proteínas asociadas que lo componen (PSP1, p54nrb, PSP2, CFI(m)68 y PSF) forman untapón perinucleolar en forma de cuarto creciente en el nucléolo. Este fenómeno se manifiesta durante el ciclo celular,en el que están presentes en interfase y durante toda la mitosis, excepto en telofase. Durante la telofase, cuando losdos núcleos hijos se forman, no hay transcripción por parte de la ARN polimerasa II, de modo que los componentesproteicos forman en su lugar un tapón perinucleolar.[39]

Speckles

En ocasiones denominados agrupaciones de gránulos intercromatínicos o compartimentos de factores de ayuste, losspeckles, manchas o motas, son ricos en ARNnps procedentes del ayuste y otras proteínas del mismo proceso que senecesitan en el procesamiento del pre-ARNm.[40] Debido a los requerimientos variables de la célula, la composicióny localización de estos cuerpos cambia de acuerdo a la transcripción de ARNm y a la regulación vía fosforilación deproteínas específicas.[41]

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Cuerpos de escisión

Llamados Cleavage bodies, en inglés, se suelen encontrar asociados a los cuerpos de Cajal, con un diámetro de 0,2 a1,0 μm y en número de 1-10 por núcleo. A diferencia de otros cuerpos nucleares, aparecen solamente durantedeterminados periodos del ciclo celular. Algunos de estos contienen el complejo CPSF-100 (por sus siglas en inglésde cleavage and polyadenylation specificity factor: factor de especificidad para el corte y la poliadenilación), y sepueden observar predominantemente durante las fases S y G, mientras que los que contienen el factor depoliadenilación CstF-64-containing se observan principalmente en la fase S. Están asociados con el clúster de genesde la histona.[42]

Cuerpos DDX1

Los cuerpos DDX1 son agregados de la proteína DDX1, perteneciente a la familia de helicasas de ARN quecontienen el motivo "DEAD box", se encuentran en un número que varía de dos a cuatro. Puesto que parece queestos cuerpos son reclutados en lugares en los que se ha producido daño en el ADN que está hibridando con ADN,parece que estos cuerpos desempeñan un papel en la reparación de zonas con rupturas de doble cadena, facilitando lareparación guiada por patrón de regiones del genoma transcripcionalmente activas.[42]

FunciónLa principal función del núcleo celular es controlar la expresión genética y mediar en la replicación del ADN duranteel ciclo celular. El núcleo proporciona un emplazamiento para la transcripción en el citoplasma, permitiendo nivelesde regulación que no están disponibles en procariotas. Tienen diferentes funciones que son:

En el núcleo se guardan los genes en forma de cromosomas (durante la mitosis) o cromatina (durante la interfase)

Organiza los genes en cromosomas lo que permite la división celular

Transporta los factores de regulación a través de los poros nucleares

Produce mensajes (ARNm) que codifica proteínas.

Produce ribosomas en el nucleolo

Compartimentalización celularLa envoltura nuclear permite al núcleo controlar su contenido y separarlo del resto del citoplasma cuando seanecesario. Esto es importante para controlar procesos en cualquiera de los lados de la membrana nuclear. En algunoscasos, cuando se precisa restringir un proceso citoplasmático, un participante clave se retira al núcleo, dondeinteractúa con factores de transcripción para reprimir la producción de ciertas enzimas de la ruta. Este mecanismoregulador tiene lugar en el caso de la glucólisis, una ruta celular en la que se utiliza la glucosa para producir energía.La hexoquinasa es la enzima responsable del primer paso de la glucólisis, produciendo glucosa-6-fosfato a partir dela glucosa. A altas concentraciones de fructosa-6-fosfato, una molécula que se forma posteriormente a partir de laglucosa-6-fosfato, una proteína reguladora retira la hexoquinasa al núcleo,[43] donde forma un complejo con otrasproteínas nucleares que reprime la transcripción de los genes implicados en la glucolisis.[44]

Para controlar qué genes se deben transcribir, la célula impide el acceso físico de algunos factores de transcripciónresponsables de regular la expresión génica hasta que son activados por otras rutas de señalización. Esto impide quese den incluso pequeños niveles de expresión génica inadecuada. Por ejemplo, en el caso de los genes controladospor NF-κB, que están implicados en la mayor parte de las respuestas inflamatorias, la transcripción se induce enrespuesta a una cascada de señalización celular como la que se inicia con la molécula señalizadora TNF-α uniéndosea un receptor de la membrana celular, lo que produce el reclutamiento de proteínas señalizadoras y finalmente laactivación del factor de transcripción NF-κB. Una señal de localización nuclear que posee la proteína NF-κB lepermite ser transportada a través del poro nuclear al núcleo, donde estimula la transcripción de los genes diana.[6]

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La compartimentalización permite a la célula impedir la traducción de ARNm no ayustado.[45] El ARNm contieneintrones que se deben retirar antes de ser traducidos para producir proteínas funcionales. El ayuste se efectúa en elinterior del núcleo antes de que el ARNm pueda acceder a los ribosomas para su traducción. Sin el núcleo losribosomas traducirían ARNm recién transcrito y sin procesar, lo que produciría proteínas mal plegadas ydeformadas.

Expresión génica

Micrografía de una transcripción genética encurso de ácido ribonucleico ribosomal que ilustra

el crecimiento de los transcritos primarios."Beginn" indica el extremo 3' del ADN, donde

comienza la síntesis de nuevo ARN. "Ende"indica el extremo 5', donde los transcritosprimarios están prácticamente completos.

La expresión génica implica en primer lugar la transcripción, en la queel ADN se utiliza como molde para producir ARN. En el caso de losgenes que codifican proteínas, el ARN generado por este proceso es elARN mensajero (ARNm), que posteriormente precisa ser traducido porlos ribosomas para formar una proteína. Puesto que los ribosomas selocalizan fuera del núcleo, el ARNm sintetizado debe ser exportado.[46]

Puesto que el núcleo es el lugar donde se da la transcripción, estádotado de un conjunto de proteínas que, o bien están implicadasdirectamente en este proceso, o en su regulación. Entre éstasencontramos las helicasas, que desenrollan la molécula de ADN dedoble cadena para facilitar el acceso de la maquinaria de síntesis, laARN polimerasa, que sintetiza el ARN a partir del molde de ADN, latopoisomerasa, que varía la cantidad de superenrollamiento del ADN,así como una amplia variedad de factores de transcripción que regulanla expresión génica.[47]

Procesamiento del pre-ARNm

Las moléculas de ARNm recién sintetizadas se conocen comotranscritos primarios o pre-ARNm. Posteriormente se deben someter a

modificación post-transcripcional en el núcleo antes de ser exportados al citoplasma. El ARNm que aparece en elnúcleo sin estas modificaciones acaba degradado en lugar de utilizarse para la traducción en los ribosomas. Las tresmodificaciones principales son: La del extremo 5' (5' caping), la poliadenilación del extremo 3' y el ayuste de ARN.Mientras permanece en el núcleo, el pre-ARNm se asocia con varias proteínas en complejos conocidos comoribonucleoproteínas heterogéneas nucleares o hnRNPs. La adición de las modificaciones del extremo 5' tiene lugaren el momento de la transcripción y es el primer paso en las modificaciones postranscripcionales. La cola depoliadenina 3' solo se añade una vez que la transcripción está completa.

El ayuste (splicing o corte y empalme) de ARN, llevado a cabo por un complejo denominado espliceosoma es elproceso por el que los intrones se retiran del pre-ARNm, permaneciendo únicamente los exones conectados paraformar una sola molécula continua. Este proceso normalmente finaliza tras los dos anteriores, pero puede comenzarantes de que la síntesis esté completa en transcritos con muchos exones.[5] Muchos pre-ARNm's, incluyendo los quecodifican anticuerpos, se pueden cortar y empalmar de múltiples formas para producir diferentes ARNm maduros,que por ello codifican diferentes secuencias de proteínas. Este proceso se conoce como ayuste alternativo, y permitela producción de una gran variedad de proteínas a partir de una cantidad limitada de ADN.

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Dinámica y regulación

Transporte nuclear

Las macromoleculas, como el ARN y lasproteínas son transportadas activamente a travésde la membrana nuclear en un proceso conocido

como "ciclo de transporte nuclear Ran-GTP.

La entrada y salida de grandes moléculas del núcleo está estrictamentecontrolada por los complejos de poros nucleares. Aunque las pequeñasmoléculas pueden entrar en el núcleo sin regulación,[48] lasmacromoléculas como el ARN y las proteínas requieren asociarse acarioferinas llamadas importinas para entrar en el núcleo, y exportinaspara salir. Las proteínas cargadas que deben ser translocadas desde elcitoplasma al núcleo contienen cortas secuencias de aminoácidosconocidas como señales de localización nuclear que están unidas a lasimportinas, mientras que las transportadas desde el núcleo alcitoplasma poseen señales de exportación nuclear unidas a lasexportinas. La capacidad de las importinas y las exportinas paratransportar su carga está regulada por GTPasas, enzimas que hidrolizanGTP liberando energía. La GTPasa clave en el transporte nuclear es Ran, que puede unir o bien GTP o bien GDP(guanosina difosfato), dependiendo de si está localizada en el núcleo o en el citoplasma. Mientras que las importinasdependen de Ran-GTP para disociarse de su carga, las exportinas necesitan Ran-GTP para unirse a su carga.[12]

La importación nuclear depende de que la importina se una a su carga en el citoplasma y lo trasporte a través delporo nuclear al núcleo. Dentro del núcleo, la Ran-GTP actúa separando la carga de la importina, permitiendo a éstasalir del núcleo y ser reutilizada. La exportación nuclear es similar, puesto que la exportina se une a la carga dentrodel núcleo en un proceso facilitado por RanGTP, y sale a través del poro nuclear, separándose de su carga en elcitoplasma.Las proteínas especializadas de exportación sirven para la traslocación de ARNm maduro y ARNt al citoplasmadespués de que la modificación postranscripcional se completa. Este mecanismo de control de calidad es importantedebido al papel central de esas moléculas en la traducción de proteínas. La expresión inadecuada de una proteínadebido a una escisión de exones incompleta o la incorporación impropia de aminoácidos podría tener consecuenciasnegativas para la célula. Por ello, el ARN no modificado por completo que alcanza el citoplasma es degradado enlugar de ser utilizado en la traducción.[5]

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Ensamblaje y desensamblaje

Imagen de un neumocito de tritón teñido concolorantes fluorescentes durante la metafase. Elhuso mitótico puede verse teñido en azul claro.

Todos los cromosomas excepto uno se encuentranen la placa metafásica.

Durante su periodo de vida un núcleo puede desensamblarse, o bien enel transcurso de la división celular, o como consecuencia de laapoptosis, una forma regulada de muerte celular. Durante estosacontecimientos, los componentes estructurales del núcleo —laenvoltura y la lámina— son sistemáticamente degradados.

Durante el ciclo celular la célula se divide para formar dos células.Para que éste proceso sea posible, cada una de las nuevas células hijadebe adquirir un juego completo de genes, un proceso que requiere lareplicación de los cromosomas, así como la segregación en juegosseparados. Esto se produce cuando los cromosomas ya replicados, lascromátides hijas, se unen a los microtúbulos, los cuales a su vez seunen a diferentes centrosomas. Las cromátides hija pueden serfraccionadas hacia localizaciones separadas en la célula. No obstante,en muchas células el centrosoma se localiza en el citoplasma, fuera delnúcleo, por lo que los microtúbulos serían incapaces de unirse a las

cromátides en presencia de la envoltura nuclear.[49] Por tanto, en los estadios tempranos del ciclo celular,comenzando en profase y hasta casi la prometafase, se desmantela la membrana nuclear.[15] De forma similar,durante el mismo periodo se desensambla la lámina nuclear, un proceso que está regulado por la fosforilación de lasláminas.[50] Hacia el final del ciclo celular se reforma la membrana nuclear, y en torno al mismo tiempo, la láminanuclear se reensambla desfosforilando las proteínas laminares.[50]

La apoptosis es un proceso controlado en el que los componentes estructurales de la célula son destruidos, lo queproduce la muerte de la célula. Los cambios asociados con la apóptosis afectan directamente al núcleo y a suscontenidos, por ejemplo en la condensación de la cromatina y la desintegración de la envoltura nuclear y la lámina.La destrucción de las redes de lámina está controlada por proteasas apoptóticas especializadas denominadascaspasas, que desintegran la lámina nuclear y de ese modo degradan la integridad estructural del núcleo. Ladesintegración de la lámina nuclear se utiliza en ocasiones en los laboratorios como indicador de la actividad de lacaspasa en ensayos de actividad apoptótica temprana.[15] Las células que expresan láminas resistentes a las caspasasson deficientes en los cambios nucleares relacionados con la apoptosis, lo que sugiere que las láminas desempeñanun papel importante en el inicio de los eventos que conducen a la degradación apoptótica del núcleo.[15] Lainhibición del propio ensamblaje de la lámina nuclear es por sí misma un inductor de la apoptosis.[51]

La envoltura nuclear actúa como una barrera que evita que virus de ADN o ARN penetren en el núcleo. Algunosvirus precisan acceder a proteínas dentro del núcleo para replicarse o ensamblarse. Los virus de ADN, como elherpesvirus se replican y ensamblan en el núcleo celular, y salen brotando a través de la membrana nuclear interna.Este proceso se acompaña del desensamblaje de la lámina nuclear en la cara nuclear de la membrana interna.[15]

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Células anucleadas y polinucleadas

Los eritrocitos humanos, al igual que losde otros mamíferos, carecen de núcleo.

Esto tiene lugar como una parte normal deldesarrollo de este tipo de célula.

Aunque la mayor parte de las células tienen un único núcleo, algunos tiposcelulares carecen de él, en tanto que otros poseen múltiples núcleos. Estopuede ser un proceso normal, como es en el caso de la maduración de loseritrocitos, o bien el resultado de una división celular defectuosa.

Las células anucleadas carecen de núcleo, y por lo mismo son incapaces dedividirse para producir células hijas. El caso mejor conocido de célulaanucleada es el eritrocito de mamífero, que también carece de otrosorgánulos como mitocondrias, y sirven en principio como vehículos detransporte de oxígeno desde los pulmones a los tejidos. Los eritrocitosmaduran gracias a la eritropoyesis en la médula ósea, donde pierden sunúcleo, orgánulos y ribosomas. El núcleo es expulsado durante el proceso dediferenciación de eritroblasto a reticulocito, el cual es el precursor inmediatodel eritrocito maduro.[52] mutágenos puede inducir la liberación de algunoseritrocitos inmaduros "micronucleados" al torrente sanguíneo.[53][54]

También pueden aparecer células anucleadas a partir de una división celulardefectuosa en la que una célula hija carece de núcleo, mientras que la otraposee dos.

Las células polinucleadas contienen múltiples núcleos. La mayor parte de los protozoos de la clase Acantharea,[55] yalgunos hongos que forman micorrizas,[56] tienen células polinucleadas de forma natural. Otros ejemplos serían losparásitos intestinales del género Giardia, que posee dos núcleos en cada célula.[57] En los seres humanos, el músculoesquelético posee células, llamadas miocitos, que se convierten en polinucleadas durante su desarrollo. Ladisposición resultante de los núcleos en la región periférica de la célula permite un espacio intracelular máximo paralas miofibrillas.[5] Las células multinucleadas también pueden ser anormales en humanos. Por ejemplo, las quesurgen de la fusión de monocitos y macrófagos, conocidas como células multinucleadas gigantes, pueden serobservadas en ocasiones acompañando a la inflamación,[58] y también están implicadas en la formación detumores.[59]

EvoluciónAl ser la mejor característica que define la célula eucariota, el origen evolutivo del núcleo ha sido objeto de muchaespeculación. Entre las teorías propuestas, se pueden considerar cuatro como las principales, aunque ninguna de ellasha encontrado un amplio apoyo.[60]

La teoría conocida como "modelo sintrófico" propone que una relación simbiótica entre arqueas y bacterias creó laprimera célula eucariota nucleada. Se establece la hipótesis de que la simbiosis tuvo lugar cuando una arquea antiguasimilar a los actuales metanógenos fueron invadidos y parasitados por bacterias similares a las actualesmyxobacteria, formando eventualmente el núcleo primitivo. Esta teoría es análoga a teoría aceptada del origen de lasmitocondrias y cloroplastos eucariotas, de los que se piensa que se han desarrollado por una relación endosimbiontesimilar entre protoeucariotas y bacterias aerobias.[61] El origen arqueano del núcleo está apoyado por la circunstanciade que tanto arqueas como eucariotas tienen genes similares en ciertas proteínas, incluyendo las histonas. Alobservar que las myxobacterias son móviles, pueden formar complejos multicelulares y poseen proteínas G similaresa las de eucariotas, también se puede aceptar un origen bacteriano de la célula eucariota.[62]

Un segundo modelo propone que las células protoeucariotas evolucionaron a partir de bacterias sin que se diera un estadio simbionte. Este modelo se basa en la existencia de una bacteria moderna perteneciente al filo de las planctomycetes que poseen una estructura nuclear con poros primitivos y otras estructuras compartimentalizadas por membrana.[63] Una propuesta similar establece que una célula similar a la eucariota, el cronocito, apareció en primer

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lugar, y posteriormente fagocitó arqueas y bacterias para dar lugar al núcleo y a la célula eucariota.[64]

El modelo más controvertido, conocido como eucariogénesis viral afirma que muchos rasgos de la célula eucariotacomo la presencia de un núcleo que se continúa con la membrana surgieron por la infección de un antepasadoprocariota por un virus. Esto está sugerido en base a similitudes entre eucariotas y virus como las hebras lineales deADN, el procesamiento "caping" del extremo 5' del ARNm y la fuerte unión a proteínas del ADN (haciendo a lashistonas análogas de la envoltura vírica). Una versión de esta propuesta sugiere que el núcleo evolucionóconcertadamente con la fagocitosis para dar lugar a un depredador celular primitivo.[65] Otra variante propone quelos eucariotas se originaron de arqueas primitivas infectadas por poxvirus, basándose en la similitud de las modernasADN polimerasas entre éstos y los eucariotas.[66][67] Se ha sugerido que la cuestión no resuelta de la evolución de lasexualidad pudo estar relacionada con la hipótesis de la eucariogénesis viral.[68]

Finalmente, una propuesta muy reciente sugiere que las variantes tradicionales de la teoría endosimbionte soninsuficientes para explicar el origen del núcleo eucariota. Este modelo, denominado la hipótesis de la exomembrana,sugiere que el núcleo se originó en lugar de ello a partir de una célula ancestral original que desarrolló una segundamembrana celular exterior. La membrana interior que encerraba la célula original se convirtió entonces en lamembrana nuclear evolucionando para desarrollar estructuras de poro cada vez más elaboradas para el paso decomponentes celulares sintetizados internamente, como las subunidades ribosómicas.[69]

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Enlaces externos• Hipertextos de Biología: El núcleo celular (http:/ / www. biologia. edu. ar/ cel_euca/ celula2. htm)

Fuentes y contribuyentes del artículo 17

Fuentes y contribuyentes del artículoNúcleo celular  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=61337587  Contribuyentes: .Sergio, 3coma14, Acratta, Adrianr8, Airunp, Alessandro C G, Alhen, Andre Engels,Andreasmperu, Andres1044, Andrexd7, Angus, Antonorsi, Antur, Antón Francho, Armando-Martin, AstroNomo, Açipni-Lovrij, Banfield, C'est moi, CASF, Carlossantacruzt, Carmin, Carutsu,Cheveri, Chio-drcita, Chusete, Copydays, DJ Nietzsche, Daison23, Danielgmcbq, DarkTemplair, David0811, DerHexer, Dererfinder, Dianai, Didac, Diegusjaimes, Dodo, Dorieo, Dreitmen,Eduardosalg, Eladio.15, Elisardojm, Emiduronte, Equi, Erodrigufer, Foundling, Furado, GTAVCSA, Ganímedes, GermanX, Gingada, Greek, Halfdrag, Harpagornis, Helmy oved, Hidoy kukyo,Humberto, Hunkar, Isha, Jarisleif, Jarlaxle, Javierito92, Jhalmial, Jkbw, Jorge c2010, Joseaperez, Juliancolton, Jurock, Kingfacundo, KnightRider, LP, Lang, Laura Fiorucci, Leilucha,Leonpolanco, Leptictidium, Lijealso, Loco085, Locos epraix, Magister Mathematicae, Maldoror, Manuelt15, Manwë, MarianoT, Marulaprofemedellin, Matdrodes, Mathonius, Maveric149, Mel23, MercurioMT, Miss Manzana, Mjrm-11, Moriel, Mortadelo2005, Mpeinadopa, Mutari, Natrix, Neodop, Netito777, Nicop, Nicox323, Nioger, Nixón, Opinador, Ortisa, Oscar ., Petruss, Pólux,Queninosta, Renato Caniatti, Richy, Rjgalindo, Rubpe19, Rumpelstiltskin, SMP, Saloca, Sanador1, Savh, Sergio Andres Segovia, Smrolando, SuperBraulio13, Taty2007, Technopat, Tirithel,Tostadora, UA31, VanKleinen, Vitamine, Waka Waka, Wasabo, Xqno, Yabama, Yeza, Youssefsan, 482 ediciones anónimas

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