Se sigue, entonces, que la unidad básica de la
múltiples proteínas que colectivamente se
Las principales estructuras que constituyen el
Núcleo celular
En biología celular , el núcleo celular es un orgánulo membranoso que se encuentra en las células
eucariotas . Contiene la mayor parte del material genético celular, organizado en múltiples moléculas
lineales de ADN de gran longitud formando complejos con una gran variedad de proteínas como las
histonas para formar los cromosomas . El conjunto de genes de esos cromosomas son el genoma nuclear .
La función del núcleo es mantener la integridad de esos genes y controlar las actividades celulares
regulando la expresión génica . Por ello se dice que el núcleo es el centro de control de la célula.
núcleo son la envoltura nuclear , una doblemembrana que rodea completamente al
orgánulo y separa su contenido del citoplasma ,
y la lámina nuclear , una trama por debajo de
ella que le proporciona soporte mecánico de
forma semejante a cómo el citoesqueleto
soporta al resto de la célula. Puesto que la
envoltura nuclear es impermeable a la mayor
parte de las moléculas, los poros nucleares , que
cruzan las dos membranas que la forman, son
necesarios para permitir el paso de moléculas a
su través. Los poros permiten el tránsito de
pequeñas moléculas, como los iones, pero el
movimiento de moléculas mayores, como las proteínas está cuidadosamente controlado, requiriendo un
trasporte activo regulado por proteínas transportadoras. El transporte nuclear es crucial para la función
celular, puesto que se necesita el paso a través de estos poros para la expresión génica y el mantenimiento
cromosómico.
Aunque el interior del núcleo no contiene ningún subcompartimento membranoso, su contenido no es
uniforme, existiendo una cierta cantidad de cuerpos subnucleares compuestos por tipos exclusivos de
proteínas, moléculas de ARN y segmentos particulares de los cromosomas. El mejor conocido de todos
ellos es el nucleolo , que principalmente está implicado en la síntesis de los ribosomas . Tras ser producidos
en el nucleolo, éstos se exportan al citoplasma, donde traducen el mRNA.
Estructuras
El núcleo es el orgánulo de mayor tamaño en células animales. En las células de mamífero , el diámetro
promedio del núcleo es de aproximadamente 6 micrómetros (μm), lo cual ocupa aproximadamente el 10%
del total del volumen celular. El líquido viscoso de su interior se denomina nucleoplasma , y su
composición es similar a la que se encuentra en el citosol del exterior del núcleo. Tiene un aspecto e un
orgánulo denso y esférico a grandes rasgos.
Envoltura nuclear y poros
Poro nuclear La envoltura nuclear , también conocida como membrana nuclear se compone de dos
membranas , una interna y otra externa, dispuestas en paralelo la una sobre la otra con una separación de
10 a 50 nanómetros (nm). La envoltura nuclear rodea completamente al núcleo y separa el material
genético celular del citoplasma circundante, sirviendo como barrera que evita que las macromoléculas
difundan libremente entre el nucleoplasma y el citoplasma. La membrana nuclear externa es continua con
la membrana del retículo endoplásmico rugoso (RER), y está igualmente tachonada de ribosomas . El
espacio entre las membranas se conoce como espacio perinuclear y es continuo con la luz del RER.
Los poros nucleares , que proporcionan canales acuosos que atraviesan la envoltura, están compuestas por
conocen como nucleoporinas. Los poros tienen3
125 millones de daltons de peso molecular y se
levaduras ) a 100 proteínas (en vertebrados ). 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, 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. Anclada al anillo se encuentra la estructura denominada cesta nuclear que se extiende
hacia el nucleoplasma, y una serie de extensiones filamentosas que se proyectan en el citoplasma. Ambas
estructuras median la unión a proteínas de transporte nucleares.
La mayoría de las proteínas, subunidades del ribosoma y algunos ARNs se transportan a través de los
complejos de poro en un proceso mediada por una familia de factores de transportes conocidas como
carioferinas . Entre éstas se encuentran las importinas , que intervienen en el transporte en dirección al
núcleo, y las que realizan el transporte en sentido contrario, que se conocen como exportinas . La mayoría
de las carioferinas interactúan directamente con su carga, aunque algunas utilizan proteínas adaptadoras.
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 la membrana celular y en
el citoplasma, donde se unen a proteínas que actúan como receptores nucleares que son conducidas al
núcleo. Sirven como factores de transcripción cuando se unen a su ligando . En ausencia de ligando
muchos de estos receptores funcionan como histona desacetilasas que reprimen la expresión génica.
. El núcleo celular contiene la mayor parte del material genético celular en forma de múltiples moléculas
lineales de ADN conocidas como cromatina , y durante la división celular ésta aparece en la forma bien
definida que conocemos como cromosoma, y que nos resulta familiar por los cariotipos . 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 de ADN menos compacta, y contiene genes
que son frecuentemente expresados por la célula. El otro tipo, conocido como heterocromatina , es la
forma más compacta, y contiene ADN que se transcribe de forma infrecuente. Esta estructura se clasifica a
su vez en heterocromatina facultativa, que consiste en genes que están organizados como heterocromatina
sólo en ciertos tipos celulares o en ciertos estadíos del desarrollo, y heterocromatina constitutiva, que
consiste en componentes estructurales del cromosoma como los telómeros y los centrómeros . Durante la
interfase la cromatina se organiza en territorios individuales discretos, los territorios cromosómicos. Los
genes activos, que se encuentran generalmente en la región eucromática del cromosoma, tienden a
localizarse en las fronteras de los territorios cromosómicos.
Se han asociado anticuerpos a ciertos tipos de organización cromatínica, en particular los nucleosomas con
varias enfermedades autoinmunes como el lupus eritematoso sistémico . Estos son conocidos como
anticuerpos antinucleares (ANA) y también se han observado en concierto con la esclerosis múltiple en el
contexto de una disfunción inmune generalizada.
Nucléolo
El nucléolo es una estructura discreta que se tiñe densamente y se encuentra en el núcleo. No está rodeado
por una membrana, por lo que en ocasiones se dice que es un suborgánulo. Se forma al rededor de
repeticiones en tándem de ADNr, que es el ADN que codifica el ARN ribosómico (ARNr). Estas regiones
se llaman organizadores nucleolares. El principal papel del nucleolo es sintetizar el ARNr y ensamblar los
ribosomas. La cohesión estructural del nucleolo depende de su actividad, puesto que el ensamblaje
ribosómico en el nucléolo resulta en una asociación transitoria de los componentes nuclolares, facilitando
el posterior ensamblaje de otros ribosomas. Este modelo está apoyado por la observación de que la
inactivación del ARNr da como resultado en la "mezcla" de las estructuras nucleolares.
El primer paso del ensamblaje ribosómico es la transcripción del ADNr por la RNA polimerasa I ,
formando un largo pre -ARNr precursor. Éste es escindido en las subunidades 5.8S, 18S, y 28S rRNA. 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 ARN mensajero relacionados con la función ribosomal. Estas subunidades ribosomales ensambladas
son las estructuras más grandes que pasan a través de los poros nucleares.
Cuando se observa bajo el microscopio electrónico , se puede ver que el nucleolo se compone 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 en el
FC como en la zona de transición FC-DFC, y por ello cuando la transcripción del ADNr aumenta, se
observan más FC's. La mayor parte de la escisión y modificación de los ARNr tiene lugar en el DFC,
mientras que los últimos pasos que implican el ensamblaje de proteínas en las subunidades ribosómicas
tienen lugar en el GC.
Función
La principal función del núcleo celular es controlar la expresión génica y mediar en la replicación del
ADN durante el ciclo celular . El núcleo proporciona un emplazamiento para la transcripción en el
citoplasma, permitiendo niveles de regulación que no están disponibles en procariotas .
Cromosoma.
En biología , se denomina cromosoma a cada uno de los pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en
que se organiza la cromatina del núcleo celular durante las divisiones celulares ( mitosis y meiosis ). La
cromatina es un material microscópico que lleva la información genética de los organismos eucariotas y
está constituida por ADN asociado a proteínas especiales llamadas histonas . Este material se encuentra en
el núcleo de las células eucariotas y se visualiza como una maraña de hilos delgados. Cuando el núcleo
celular comienza el proceso de división ( cariocinesis ), esa maraña de hilos inicia un fenómeno de
condensación progresivo que finaliza en la formación de entidades discretas e independientes: los
cromosomas. Por lo tanto, cromatina y cromosoma son dos aspectos morfológicamente distintos de una
misma entidad celular.
Diagrama de un cromosoma eucariótico duplicado y condensado (en
metafase mitótica ). (1) Cromátida , cada una de las partes idénticas de un
cromosoma luego de la duplicación del ADN . (2) Centrómero , el lugar del
cromosoma en el cual ambas cromátidas se tocan. (3) Brazo corto. (4) Brazo
largo.
Cuando se examinan con detalle durante la mitosis, se observa que los
cromosomas presentan una forma y un tamaño característicos. Cada
cromosoma tiene una región condensada, o constreñida, llamada centrómero ,
clasificarlos según la posición del centrómero a lo largo del cromosoma. Otra
observación que se puede realizar es que el número de cromosomas de los
individuos de la misma especie es constante. Esta cantidad de cromosomas
se denomina número diploide y se simboliza como 2n. Cuando se examina la
longitud de tales cromosomas y la situación del centrómero surge el segundo rasgo general: para cada
cromosoma con una longitud y una posición del centrómero determinada existe otro cromosoma con
rasgos idénticos, o sea, casi todos los cromosomas se encuentran formando parejas. Los miembros de cada
par se denominan cromosomas homólogos .
Estructura y composición química de la cromatina
Los principales componentes que se obtienen cuando se aísla la cromatina de los núcleos interfásicos son
el ADN, las proteínas histónicas, las proteínas no histónicas y el ARN. La cantidad de proteínas no
histónicas puede variar de unos tejidos a otros en el mismo individuo y dentro del mismo tejido a lo largo
del desarrollo
Las histonas: Las histonas son proteínas básicas, ricas en residuos de lisina y arginina , que muestran una
elevada conservación evolutiva y que interaccionan con el ADN formando una subunidad que se repite a
lo largo de la cromatina denominada nucleosoma . Los principales tipos de histonas que se han aislado en
los núcleos interfásicos en diferentes especies eucariontes son: H1, H2A, H2B, H3 y H4. Además de estas
histonas, también existen otras que son específicas de tejido como la histona H5 muy rica en lisina (25
moles%) específica de eritrocitos nucleados de vertebrados no mamíferos, y las histonas del
endosperma. [12] Asimismo, la cromatina centromérica se caracteriza por la presencia de una isoforma
específica de la histona H3, denominada CENP-A en vertebrados.
Una de las características más destacables es su elevado conservadurismo evolutivo, sobre todo de las
histonas H3 y H4. La histona H4 de guisante y de timo de ternera se diferencian solamente en dos
aminoácidos. Este dato indica que las interacciones entre el ADN y las histonas para formar la cromatina
deben ser muy semejantes en todos los organismos eucariontes.
Los genes que codifican las histonas se encuentran agrupados en nichos (o clusters) que se repiten decenas
o centenas de veces. Cada cluster o grupo contiene el siguiente orden de genes que codifican histonas: H1-
H2A-H3-H2B-H4. Estos genes son ricos en pares G-C, ya que codifican proteínas con un elevado
contenido en lisina y arginina , pero están separados por secuencias espaciadoras ricas en pares A-T.
El nucleosomaLa cromatina de núcleos en interfase, cuando
se observa mediante técnicas de microscopia
electrónica, se puede describir como un collar
de cuentas o un rosario, en el que cada cuenta
es una subunidad esférica o globular que se
denomina nucleosoma ; los nucleosomas se
hallan unidos entre sí mediante fibras de ADN.
estructura de la cromatina es el nucleosoma.
Un nucleosoma típico está asociado a 200
pares de bases (pb) de ADN y está formado
por una médula (core en inglés) y un ligador
(o linker). La médula está formada por un
octámero constituido por dos subunidades de
las histonas H2A, H2B, H3 y H4. En otras
palabras, se trata de un dímero: 2×(H2A, H2B,
H3, H4). Los trabajos de Aaron Klug y
colaboradores sobre la disposición de las
histonas en la médula del nucleosoma le
valieron el Premio Nobel de Química en 1982. Alrededor de la médula se enrolla el ADN (140 pb ) dando
casi dos vueltas (una vuelta y tres cuartos). El resto del ADN (60 pb) forma parte del ligador (linker), que
interacciona con la histona H1. La cantidad de ADN asociado con un nucleosoma varía de una especie a
otra, de 154 pb a 241 pb; esta variación se debe fundamentalmente a la cantidad de ADN asociada al
ligador (linker).
Las fibras de ADN dúplex desnudo tienen un grosor de 20 Å . La asociación del ADN con las histonas
genera los nucleosomas, que muestran unos 100 Å de diámetro. A su vez, los nucleosomas se pueden
enrollar helicoidalmente para formar un solenoide (una especie de muelle) que constituye las fibras de
cromatina de los núcleos intefásicos con un diámetro aproximado de 300 Å. Los solenoides pueden
volverse a enrollar para dar lugar a supersolenoides con un diámetro de 4.000 Å a 6.000 Å que
constituirían las fibras de los cromosomas metafásicos.
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