Núcleo: membrana y funciones

Nucleo celular

El núcleo de la célula es un orgánulo unido a la membrana que contiene el principal material genético, el ADN, de esa célula. El ADN finalmente se transcribirá en ARN mensajero (m) y luego, en el citoplasma, el ARNm se traducirá en una proteína. La mayoría de las células tienen un solo núcleo, aunque hay algunas células sin núcleo, como los glóbulos rojos (eritrocitos) en los mamíferos, mientras que otras células pueden contener más de un núcleo, como los osteoclastos que reabsorben el hueso.

Estructura nuclear

Cada núcleo puede contener las siguientes estructuras:

• Membrana nuclear
• Poros nucleares
• Nucleolo
• Lámina nuclear
• Cromosomas
• Nucleoplasma

La envoltura nuclear rodea el núcleo y está compuesta por una membrana nuclear interna y externa . La membrana nuclear externa es continua con la membrana del retículo endoplásmico rugoso (RER) y tiene ribosomas que la recubren. El espacio entre estas dos membranas se llama espacio perinuclear, que es continuo con la luz del RER.

Los poros nucleares son canales acuosos abiertos en la envoltura nuclear que están formados por proteínas, nucleoporinas, que permiten que las moléculas solubles en agua ingresen a través de estas áreas. Sin embargo, su tamaño, 100 nm de diámetro con el espacio libre de solo 9 nm de ancho, restringe la entrada libre de moléculas más grandes, como el ADN y las proteínas grandes. Cada núcleo contiene aproximadamente 3500 poros en la envoltura nuclear. Las moléculas más grandes, como el ADN, las proteínas y las subunidades ribosómicas, deben transportarse activamente al núcleo.

El nucleolo funciona para sintetizar subunidades de ARN ribosómico y ensamblar ribosomas. El nucleolo es prominente en las células que participan activamente en la transcripción y traducción, como las neuronas y las células de Sertoli del testículo. En las secciones histológicas, aparecerá como un círculo oscuro en el núcleo. También se puede ver en muchas células cancerosas, ya que se están dividiendo activamente. Las células, donde el nucleolo es prominente, a menudo contienen eucromatina (que se analiza a continuación).

La lámina nuclear proporciona soporte estructural para el núcleo y consta de dos conjuntos de filamentos intermedios, uno frente al citoplasma y el otro, que es más rígido, irradia desde la membrana nuclear interna. Las proteínas laminares forman la lámina nuclear.

Los cromosomas son la parte principal del núcleo, que contiene el principal material genético, el ADN. La cromatina es la combinación de ADN y proteínas histonas y no histonas circundantes. El nucleosoma se refiere al ADN y ocho proteínas histonas que lo rodean. La cromatina existe en dos formas:

• Eucromatina
• Heterocromatina

La eucromatina consiste en cromatina suelta o desenrollada que a menudo se transcribe, ya que los factores de transcripción pueden acceder a la región promotora del gen e inducir la transcripción. La eucromatina es, por tanto, característica de las células activas o que se dividen rápidamente, como las neuronas, las células madre y las células cancerosas. A menudo se ve en combinación con un nucléolo prominente.

La heterocromatina consiste en cromatina condensada o muy enrollada que generalmente no se transcribe, ya que los factores de transcripción tienen dificultades para acceder a las regiones promotoras de genes. Por tanto, es característico de células inactivas o muy diferenciadas. La heterocromatina se puede subdividir en heterocromatina facultativa, donde la cromatina se organiza de esta manera en ciertas células o en ciertas etapas de desarrollo. Por el contrario, la heterocromatina constitutiva es donde se condensan porciones de la cromatina, como los centrómeros, donde las cromátidas hermanas se conectan durante la replicación del ADN o los telómeros, extremos de los cromosomas.

El nucleoplasma se considera un tipo de protoplasma que se compone principalmente de agua e iones que está rodeado por la envoltura nuclear. Tanto los cromosomas como el nucleolo forman el nucleoplasma. Este material también contiene nucleótidos libres, necesarios para la replicación del ADN, y enzimas necesarias para la replicación del ADN o la transcripción a ARNm.

Este diagrama muestra el núcleo y las estructuras asociadas: envoltura nuclear, poro nuclear, nucleolo y cromatina (heterocromatina y eucromatina).

Este diagrama muestra el nucleosoma: ADN y las proteínas histonas circundantes.

Este diagrama muestra la diferencia entre eucromatina (desenrollada) y heterocromatina (enrollada firmemente).

Este diagrama muestra la doble hélice de ADN compuesta por cuatro nucleótidos: adenina timina, guanina y citosina y esqueleto de azúcar-fosfato.

Replicación y transcripción del ADN

La replicación del ADN implica hacer otra copia del ADN de doble hebra con alta fidelidad y es necesaria durante la división celular o la mitosis. Ocurre durante la fase S (Síntesis) del ciclo celular.

Este diagrama muestra la replicación del ADN, la horquilla de replicación y las enzimas que median este proceso.

En la transcripción de genes , el ADN se transcribe en ARNm. Luego, el ARNm se puede traducir en el citoplasma a una proteína. Los factores de transcripción primero deben unirse a la región promotora del gen para iniciar el proceso. También intervienen varias enzimas. Éstas incluyen:

• Helicasa
• Polimerasa de ARN
• Topoisomerasa

La helicasa desenrolla la hélice de ADN de doble hebra para que la maquinaria de transcripción, los factores de transcripción y las enzimas puedan acceder al ADN.

La ARN polimerasa se une a la región promotora de ADN para sintetizar ARNm basándose en la cadena de ADN original. La única diferencia es que la timina (T) en el ADN se reemplaza con uracilo (U) en el ARNm.

La topoisomerasa altera el superenrollamiento del ADN a medida que se produce la transcripción génica, de modo que esta enzima facilita el enrollamiento o desenrollado del ADN.

Resumen de la lección

El núcleo celular contiene la mayor parte del material genético requerido por una célula y es el sitio para la replicación del ADN y la transcripción de genes, donde el ADN se transcribe en ARNm. La envoltura nuclear consta de una membrana nuclear interna y externa (que está tachonada de proteínas ribosomales). Los poros nucleares permiten la entrada de pequeñas moléculas solubles en agua, pero restringen las moléculas más grandes, incluidos el ADN y las proteínas. El nucleolo es el sitio donde se sintetizan las subunidades de ARN ribosómico y se ensamblan los ribosomas. El cromosoma se refiere al ADN y las proteínas asociadas. Puede ser eucromatina , que se desenrolla y transcribe activamente, o heterocromatina., que está condensado y no transcrito. El nucleoplasma, un tipo de protoplasma con agua e iones disueltos, está formado por cromosomas y nucleolo. También se disuelven en el nucleoplasma los nucleótidos libres y las enzimas para la replicación del ADN y la expresión génica.

En la replicación del ADN , el ADN bicatenario se copia en preparación para la división celular. Esto ocurre durante la fase S del ciclo celular. La transcripción de genes implica la transcripción de ADN en ARNm que luego se puede traducir en el citoplasma a una proteína. Algunos de los factores que se requieren para este proceso son los factores de transcripción y las enzimas, incluidas la helicasa, la ARN polimerasa y la topoisomerasa.