miércoles, 24 de noviembre de 2010

NUCLEO CELULAR


El núcleo fue el primer orgánulo en ser descubierto. Probablemente, el dibujo más antiguo que se conserva de este orgánulo se remonta a uno de los primeros micros copistas Este investigador observó un hueco o "lumen", el núcleo, en eritrocitos de salmón.[1] Al contrario que los eritrocitos de mamífero, los del resto de vertebrados son nucleados. El núcleo también fue descrito en 1804 por Franz Bauer, y posteriormente con más detalle por el botánico escocés Robert Brown en una charla dictada ante la Sociedad linneana de Londres en 1831.[2] Brown estaba estudiando la estructura microscópica de las orquídeas cuando observó un área opaca, que llamó areola o núcleo, en las células de la capa externa de la flor, si bien no sugirió una función potencial para tal estructura.[3] En 1838 Matthias Schleiden propuso que el núcleo desempeñaba un papel en la generación de células, denominándolo por ello "citoblasto" (constructor de células). Pensaba que había observado células nuevas alrededor de estos "citoblastos". Franz Meyen fue un fuerte opositor de esta opinión habiendo descrito previamente células que se multiplicaban por división y creyendo que muchas células carecerían de núcleo. La idea de que las células se podían generar de novo, bien por el "citoblasto" o bien de otro modo, contradecía los trabajos de Robert Remak (1852) y Rudolf Virchow (1855) quienes propagaron decisivamente el nuevo paradigma de que las células sólo eran generadas por otras 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, mostrando que el núcleo del espermatozoide entraba en el oocito, fusionándose con su núcleo. Esta fue la primera vez que se sugirió que un individuo se desarrollaba a partir de una sola célula nucleada. Esto estaba en contradicción con la teoría de Ernst Haeckel que enunciaba que se repetía la filogenia completa de una especie durante el desarrollo embrionario, incluyendo la generación de la primera célula nucleada a partir de una "monerula", una masa desestructurada de moco primordial ("Urschleim", en alemán). Por tanto, la necesidad del núcleo espermático para la fecundación estuvo en discusión por un tiempo. No obstante, Hertwig confirmó su observación en otros grupos animales, 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 August Weismann postuló la equivalencia de las células germinales paternas y maternas en la herencia. La función del núcleo como portador de información genética se hizo patente solo después, tras el descubrimiento de la mitosis y el redescubrimiento de la herencia mendeliana a principios del siglo XX. Esto supuso el desarrollo de la teoría cromosómica de la herencia.[4]
Estructuras
l núcleo es el orgánulo de mayor tamaño en las células animales.[5] 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.[6] En los vegetales, el núcleo generalmente presenta entre 5 a 25 µm y es visible con microscopio óptico. En los hongos se han observado casos de especies con núcleos muy pequeños, de alrededor de 0,5 µm, los cuales son visibles solamente con microscopio electrónico. En las oósferas de Cycas y de coníferas alcanza 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 el citosol del exterior del núcleo.[8] A grandes rasgos tiene el aspecto de un orgánulo denso y esférico.

Envoltura y poros nucleares

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.[9] 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.
http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_celular

Introducción
El núcleo es la estructura más destacada de la célula eucarionte, tanto por su morfología como por sus funciones. Su tamaño es variable (5 a 10 mm) al igual que su ubicación siendo en la mayoría de los tipos celulares central.
El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son:
1.        Almacenar la información genética en el ADN.
2.       Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.
3.       Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas.
En el núcleo se localizan los procesos a través de lo cuales se llevan a cabo dichas funciones. Estos procesos son:
1.        La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la cromatina.
2.       La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de éstos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción y
3.       La regulación de la expresión genética.
Estructura del núcleo (Fig. 10.1)
El núcleo está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por numerosos poros nucleares. Los poros actúan como una compuerta selectiva a través de la cual ciertas proteínas ingresan desde el citoplasma, como también permiten la salida de los distintos ARN y sus proteínas asociadas.
La envoltura nuclear es sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios dependientes del citoesqueleto, mientras que la lámina nuclear, la cual se localiza adyacente a la superficie interna de la envoltura nuclear, provee soporte interno.
El núcleo también tiene un nucleoplasma, en el cual están disueltos sus solutos y un esqueleto filamentoso, la matriz nuclear la cual provee soporte a los cromosomas y a los grandes complejos proteicos que intervienen en la replicación y transcripción del ADN.
Los cromosomas aparecen ocupando lugares específicos. Los genes que codifican productos relacionados, aunque estén localizados en diferentes cromosomas, pueden estar ubicados próximos en el núcleo interfásico. Por ejemplo, los cromosomas humanos 13, 14, 15, 21 y 22 poseen un gran número de genes que codifican para ARNr. Dichos cromosomas están agrupados de tal forma que los genes de los ARNr están todos juntos y confinados en el nucléolo, el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr. Esta separación física asegura que los ARNr puedan ser eficientemente ensamblados dentro de las subunidades ribosomales.
En el núcleo, los genes transcripcionalmente activos tienden a estar separados de los inactivos. Los activos se encuentran ubicados centralmente, mientras que los silentes están confinados próximos a la envoltura nuclear.
Tan pronto como las células entran en mitosis o meiosis, los fragmentos de la matriz nuclear dirigen la condensación de los cromosomas, constituyéndose en la parte central de los mismos.

Complejos de poro nuclear
La envoltura nuclear presenta estructuras discoidales llamadas complejos de poro nuclear (CPN) (Fig. 10.4).
El número de CPN es variable, incrementándose a medida que aumenta la actividad celular. En una célula de mamífero hay entre 3000 a 4000 complejos de poro. Cada CPN es una estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de disposición octamérica. Está formado por:
·    Ocho columnas proteicas, que forman las paredes laterales del poro.
·    Un anillo externo, formado por ocho unidades proteicas.
·    Un anillo interno, también con estructura octamérica.
·    Proteínas de anclaje que fijan cada columna al espacio perinuclear.
·    Proteínas radiales que se proyectan desde las columnas hacia la luz del poro, a manera de diafragma
·    Proteínas fibrilares fijas al anillo interno y externo. En la cara nuclear convergen para formar una canastilla o cesta. A lo largo de estas fibrillas se ubican nucleoporinas que intervienen en el transporte de sustancias a través del poro.
·    Un poro central o abertura.




Se importan dentro del núcleo:
· Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los ribosomas.
·  Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los genes.
·  Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los ribosomas.
Las moléculas y macromoléculas ensambladas y exportadas desde el núcleo al citoplasma incluyen:
·  Las subunidades ribosomales
·  ARNm
·  ARN de transferencia
·  Factores de transcripción que son devueltos al citoplasma para ser reutilizados.
Los mecanismos implicados en el transporte a través del poro son diferentes al transporte de proteínas en las membranas de otros organelos . Por ejemplo, las proteínas nucleares son transportadas a través del poro manteniendo su conformación plegada, por el contrario las proteínas que no se localizarán en el núcleo se despliegan durante el transporte.
Los complejos de poro nuclear hacen de la envoltura nuclear una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma. Estos complejos constituyen la principal vía de comunicación entre el compartimiento nuclear y citoplasmático de la célula ante el pesado tráfico molecular. Aun cuando las proteínas pequeñas y otras moléculas viajan a través de los canales periféricos, las proteínas de gran tamaño deben poseer una etiqueta para ingresar por el canal central. Estas proteínas sintetizadas en el citoplasma contienen la señal de localización nuclear (nuclear signal localization, NSL).
Tampoco los ARN pueden salir de núcleo por sí mismos. Ellos salen a través del complejo de poro con una proteína especial que posee una señal nuclear de exportación (nuclear export signal, NES). Ambas NSL y NES consisten en una secuencia corta de aminoácidos, muchos de los cuales tienden a estar ubicados centralmente dentro de las proteína.
Observemos en la Fig. 10.4, como las proyecciones filamentosas desde la cara citosólica del complejo pueden enlazar proteínas, conduciéndolas dentro del poro central. Los filamentos citosólicos, el poro central y la canasta nuclear se proyectan dentro del compartimiento nuclear. Se cree que la canasta puede ser un área importante de paso para la preparación de las ribonucleoproteínas (RNP) antes de ser exportadas.
Las moléculas de mayor tamaño requieren de una proteína “transbordadora” o carioportina. La superfamilia de carioportinas esta integrada por: importinas . exportinas y transportinas .
Importación de proteínas (Fig. 10.5)
Las importinas son heterodímeros, formados por dos subunidades, la subunidad-a se une a la NSL de la proteína nuclear permitiendo la unión con la subunidadad-b. Esta unión origina una “importina funcional” que lleva unida a la proteína nuclear a ser transportada.
El complejo importina funcional se pone en contacto con los filamentos citosólicos, donde guiado por las nucleoporinas (Nup), llega al poro central. La translocación de complejo importina/carga es regulado por la pequeña RanGTPasa [1] , que se une a la subunidad b de la importina. Esta b-importina es la encargada de interactuar con el poro provocando su dilatación y posibilitando el ingreso de la proteína nuclear. La translocación de proteínas es un proceso activo. Cuando el complejo penetra al interior del núcleo, las subunidades de importina se separan y la carga es liberada. La disociación de las subunidades causa entonces un nuevo cambio en su forma, dejando al descubierto la NES de cada subunidad. Otras proteínas en el poro central reconocen la NES y retornan las subunidades al citoplasma.
Exportación de ARN
Los ARN maduros se asocian a proteínas llamadas transportinas, las cuales actúan como transbordadores permitiendo el pasaje de ARN al citoplasma. En la fig. 10.6 se esquematiza como el ARNm es llevado fuera del núcleo. Los ARNm maduros que presentan la poli A se asocian con varias proteínas, formando una partícula de ribonucleoproteína (RNP). Estas partículas se mueven linealmente a través de la canasta nuclear. Al igual que las importinas, las RNP son recicladas hacia el núcleo. En el citoplasma, las CRBP ( del inglés, cytoplasmic RNA-binding proteins) reemplazan a las RNP para guiar a los ARNs a sus destinos citosólicos correctos.

EL NÚCLEO CELULAR

Silvia Márquez- Andrea Lassalle- Viviana Sabbatino- Gladys Gálvez
Introducción
El núcleo es la estructura más destacada de la célula eucarionte, tanto por su morfología como por sus funciones. Su tamaño es variable (5 a 10 mm) al igual que su ubicación siendo en la mayoría de los tipos celulares central.
El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son:
1.        Almacenar la información genética en el ADN.
2.       Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.
3.       Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas.
En el núcleo se localizan los procesos a través de lo cuales se llevan a cabo dichas funciones. Estos procesos son:
1.        La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la cromatina.
2.       La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de éstos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción y
3.       La regulación de la expresión genética.
Estructura del núcleo (Fig. 10.1)
El núcleo está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por numerosos poros nucleares. Los poros actúan como una compuerta selectiva a través de la cual ciertas proteínas ingresan desde el citoplasma, como también permiten la salida de los distintos ARN y sus proteínas asociadas.
La envoltura nuclear es sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios dependientes del citoesqueleto, mientras que la lámina nuclear, la cual se localiza adyacente a la superficie interna de la envoltura nuclear, provee soporte interno.
El núcleo también tiene un nucleoplasma, en el cual están disueltos sus solutos y un esqueleto filamentoso, la matriz nuclear la cual provee soporte a los cromosomas y a los grandes complejos proteicos que intervienen en la replicación y transcripción del ADN.
Los cromosomas aparecen ocupando lugares específicos. Los genes que codifican productos relacionados, aunque estén localizados en diferentes cromosomas, pueden estar ubicados próximos en el núcleo interfásico. Por ejemplo, los cromosomas humanos 13, 14, 15, 21 y 22 poseen un gran número de genes que codifican para ARNr. Dichos cromosomas están agrupados de tal forma que los genes de los ARNr están todos juntos y confinados en el nucléolo, el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr. Esta separación física asegura que los ARNr puedan ser eficientemente ensamblados dentro de las subunidades ribosomales.
En el núcleo, los genes transcripcionalmente activos tienden a estar separados de los inactivos. Los activos se encuentran ubicados centralmente, mientras que los silentes están confinados próximos a la envoltura nuclear.
Tan pronto como las células entran en mitosis o meiosis, los fragmentos de la matriz nuclear dirigen la condensación de los cromosomas, constituyéndose en la parte central de los mismos.

Fig. 10.1 - Esquema de un núcleo interfásico
La envoltura nuclear
La envoltura está formada por dos membranas concéntricas interrumpidas por poros nucleares y por la lámina nuclear.
Fig. 10.2- Microfotografía electrónica de la envoltura nuclear
Las membranas delimitan un espacio de 10 a 50 nm, el espacio o cisterna perinuclear. La membrana externa en contacto con el citoplasma tiene ribosomas adheridos, que sintetizan las proteínas que se vuelcan al espacio perinuclear. El espacio perinuclear se continua con el REG.
La membrana interna posee proteínas integrales que le son propias, que se unen a la lámina nuclear y a los cromosomas.
La lámina nuclear, capa fibrosa de 10 a 15 nm en la que apoya la membrana interna, está formada por proteínas del tipo de los filamentos intermedios, polímeros de lamina o laminina nuclear. Ellas se unen a las proteínas integrales de membrana.
La fosforilación de las laminas provoca el desensamble de la lámina nuclear causando la ruptura de la envoltura al inicio de la división celular.
La lámina nuclear confiere estabilidad mecánica a la envoltura nuclear. Además, al interactuar con la cromatina participa en la determinación de la organización tridimensional del núcleo interfásico.
Si bien la formación de la lámina no se requiere durante los pasos iniciales, la organización de la envoltura es indispensable para el crecimiento posterior y el mantenimiento de su integridad. Las laminas se incorporan luego que la cisterna perinuclear rodea al ADN y se inicia el transporte entre el núcleo y el citoplasma. (Fig. 10.3)
La envoltura nuclear es un derivado del sistema de endomembranas, siendo esto evidente al inicio de la división celular, cuando la envoltura se desorganiza y pasa a formar parte del sistema de cisternas y vesículas del retículo endoplásmico.
La aparición de la envoltura nuclear permitió que los eucariontes aislaran los procesos genéticos principales, como la autoduplicación del ADN o la síntesis de ARN. Además esto posibilitó que el ARNm se modifique dentro del núcleo antes de ser traducido en los ribosomas. Estas modificaciones no ocurren en los procariontes, ya que a medida que la ARN polimerasa sintetiza el ARN, simultáneamente el extremo 5’ se une al ribosoma y comienza la traducción.

Fig. 10.3 - Mecanismo de formación y desintegración de la membrana nuclear
Complejos de poro nuclear
La envoltura nuclear presenta estructuras discoidales llamadas complejos de poro nuclear (CPN) (Fig. 10.4).
El número de CPN es variable, incrementándose a medida que aumenta la actividad celular. En una célula de mamífero hay entre 3000 a 4000 complejos de poro. Cada CPN es una estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de disposición octamérica. Está formado por:
·    Ocho columnas proteicas, que forman las paredes laterales del poro.
·    Un anillo externo, formado por ocho unidades proteicas.
·    Un anillo interno, también con estructura octamérica.
·    Proteínas de anclaje que fijan cada columna al espacio perinuclear.
·    Proteínas radiales que se proyectan desde las columnas hacia la luz del poro, a manera de diafragma
·    Proteínas fibrilares fijas al anillo interno y externo. En la cara nuclear convergen para formar una canastilla o cesta. A lo largo de estas fibrillas se ubican nucleoporinas que intervienen en el transporte de sustancias a través del poro.
·    Un poro central o abertura.

Fig. 10.4 - Esquema del complejo de poro nuclear
La luz de los CPN suele presentarse obturada por las proteínas que circulan a través del poro, como por las carioportinas (Kap) que actúan como eficientes transportadores en el tráfico núcleo/citoplasma.
Los CPN presentan uno o varios canales acuosos a través de los cuales las pequeñas moléculas solubles en agua difunden (transporte no regulado). Las moléculas de mayor peso molecular son transportadas en forma activa, por lo que requieren energía y moléculas transportadoras.
Se importan dentro del núcleo:
· Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los ribosomas.
·  Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los genes.
·  Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los ribosomas.
Las moléculas y macromoléculas ensambladas y exportadas desde el núcleo al citoplasma incluyen:
·  Las subunidades ribosomales
·  ARNm
·  ARN de transferencia
·  Factores de transcripción que son devueltos al citoplasma para ser reutilizados.
Los mecanismos implicados en el transporte a través del poro son diferentes al transporte de proteínas en las membranas de otros organelos . Por ejemplo, las proteínas nucleares son transportadas a través del poro manteniendo su conformación plegada, por el contrario las proteínas que no se localizarán en el núcleo se despliegan durante el transporte.
Los complejos de poro nuclear hacen de la envoltura nuclear una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma. Estos complejos constituyen la principal vía de comunicación entre el compartimiento nuclear y citoplasmático de la célula ante el pesado tráfico molecular. Aun cuando las proteínas pequeñas y otras moléculas viajan a través de los canales periféricos, las proteínas de gran tamaño deben poseer una etiqueta para ingresar por el canal central. Estas proteínas sintetizadas en el citoplasma contienen la señal de localización nuclear (nuclear signal localization, NSL).
Tampoco los ARN pueden salir de núcleo por sí mismos. Ellos salen a través del complejo de poro con una proteína especial que posee una señal nuclear de exportación (nuclear export signal, NES). Ambas NSL y NES consisten en una secuencia corta de aminoácidos, muchos de los cuales tienden a estar ubicados centralmente dentro de las proteína.
Observemos en la Fig. 10.4, como las proyecciones filamentosas desde la cara citosólica del complejo pueden enlazar proteínas, conduciéndolas dentro del poro central. Los filamentos citosólicos, el poro central y la canasta nuclear se proyectan dentro del compartimiento nuclear. Se cree que la canasta puede ser un área importante de paso para la preparación de las ribonucleoproteínas (RNP) antes de ser exportadas.
Las moléculas de mayor tamaño requieren de una proteína “transbordadora” o carioportina. La superfamilia de carioportinas esta integrada por: importinas . exportinas y transportinas .
Importación de proteínas (Fig. 10.5)
Las importinas son heterodímeros, formados por dos subunidades, la subunidad-a se une a la NSL de la proteína nuclear permitiendo la unión con la subunidadad-b. Esta unión origina una “importina funcional” que lleva unida a la proteína nuclear a ser transportada.
El complejo importina funcional se pone en contacto con los filamentos citosólicos, donde guiado por las nucleoporinas (Nup), llega al poro central. La translocación de complejo importina/carga es regulado por la pequeña RanGTPasa [1] , que se une a la subunidad b de la importina. Esta b-importina es la encargada de interactuar con el poro provocando su dilatación y posibilitando el ingreso de la proteína nuclear. La translocación de proteínas es un proceso activo. Cuando el complejo penetra al interior del núcleo, las subunidades de importina se separan y la carga es liberada. La disociación de las subunidades causa entonces un nuevo cambio en su forma, dejando al descubierto la NES de cada subunidad. Otras proteínas en el poro central reconocen la NES y retornan las subunidades al citoplasma.
Fig. 10.5 - Modelo de mecanismo de importación a través del CPN
Exportación de ARN
Los ARN maduros se asocian a proteínas llamadas transportinas, las cuales actúan como transbordadores permitiendo el pasaje de ARN al citoplasma. En la fig. 10.6 se esquematiza como el ARNm es llevado fuera del núcleo. Los ARNm maduros que presentan la poli A se asocian con varias proteínas, formando una partícula de ribonucleoproteína (RNP). Estas partículas se mueven linealmente a través de la canasta nuclear. Al igual que las importinas, las RNP son recicladas hacia el núcleo. En el citoplasma, las CRBP ( del inglés, cytoplasmic RNA-binding proteins) reemplazan a las RNP para guiar a los ARNs a sus destinos citosólicos correctos.

Fig. 10.6 - Modelo de mecanismo de exportación de ARNm a través del CPN
Cromosomas y Cromatina
El núcleo contiene los cromosomas de la célula. Cada cromosoma consiste en una molécula única de ADN con una cantidad equivalente de proteínas. Colectivamente, el ADN con sus proteínas asociadas se denomina cromatina. La mayor parte de las proteínas de la cromatina consisten en copias múltiples de cinco clases de histonas.
Estas proteínas básicas son ricas en residuos de arginina y lisina cargados positivamente. Por esta razón se unen estrechamente con los grupos fosfatos (cargados negativamente) del ADN.
La cromatina también contiene pequeñas cantidades de una amplia variedad de proteínas no histónicas y RNP. La mayoría de ellas son factores de transcripción (por ej., el receptor esteroide), siendo su asociación con el ADN pasajera. Estos factores regulan que parte del ADN será transcripta en ARN.

Niveles de organización de la cromatina
La observación a través del microscopio óptico de un núcleo interfásico, nos permite distinguir dos tipos de cromatina. La eucromatina o cromatina laxa, de localización central, y la heterocromatina o cromatina densa, en la periferia del núcleo (Fig.10.7). La heterocromatina representa aproximadamente el 10% del total de cromatina y es considerada transcripcionalmente inactiva (Fig. 10.8).
La eucromatina se encontraría al menos en dos estados, la eucromatina accesible, que representa alrededor del 10%, donde se encuentran los genes que se están transcribiendo y la eucromatina poco accesible, más condensada (pero menos que la heterocromatina), donde están los genes que la célula no está transcribiendo.
Si el núcleo celular se incuba con nucleasas, enzimas que digieren el ADN, las secuencias que primero se digieren son las que portan los genes expresados por la célula, lo que corrobora el menor grado de condensación de la eucromatina.

Cuando el cromosoma en interfase se esparce artificialmente sobre agua, tiene la apariencia de un collar de perlas. Las perlas son los nucleosomas, las unidades de enrollamiento de la cromatina. (Fig. 10.10b)
Los nucleosomas están formados por un centro o "core" de histonas. Dicho centro posee dos copias de cada una de las siguientes histonas: H2A; H2B; H3 y H4
Alrededor del centro de histonas, 146 pares de bases del ADN se enrollan en dos vueltas. La unión de las histonas al ADN no depende de una secuencia particular de nucleótidos, sino de la secuencia de aminoácidos de la histona. Las histonas son unas de las moléculas más conservadas durante el transcurso de la evolución. La histona H4 en el ternero difiere de la H4 de la planta de poroto en sólo 2 residuos de aminoácidos de una cadena de 102. Alrededor de 60 pares de bases de ADN unen un nucleosoma con el próximo. Cada región de unión es el ADN espaciador. La quinta histona, la H1, conecta a los nucleosomas y actúa como una banda de goma, manteniéndolos juntos dentro de una misma cuerda enrollada. Esta estructura se conoce como fibra de 10nm, siendo el primer grado del empaquetamiento de la cromatina. (Fig. 10.9)
Los nucleosomas se organizan, a su vez, en fibras de 30nm (solenoide), girando a manera de resorte alrededor de un eje virtual. Esta estructura es mantenida por la interacción de las H1 de nucleosomas cercanos. (Fig. 10.10c)
En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras de 30 nm se organizan en una serie de bucles o asas superenrolladas (Fig. 10.10d; Fig. 10.11). Estos bucles se estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear o andamiaje nuclear (“scaffold


EL NÚCLEO CELULAR

Silvia Márquez- Andrea Lassalle- Viviana Sabbatino- Gladys Gálvez
Introducción
El núcleo es la estructura más destacada de la célula eucarionte, tanto por su morfología como por sus funciones. Su tamaño es variable (5 a 10 mm) al igual que su ubicación siendo en la mayoría de los tipos celulares central.
El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son:
1.        Almacenar la información genética en el ADN.
2.       Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.
3.       Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas.
En el núcleo se localizan los procesos a través de lo cuales se llevan a cabo dichas funciones. Estos procesos son:
1.        La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la cromatina.
2.       La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de éstos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción y
3.       La regulación de la expresión genética.
Estructura del núcleo (Fig. 10.1)
El núcleo está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por numerosos poros nucleares. Los poros actúan como una compuerta selectiva a través de la cual ciertas proteínas ingresan desde el citoplasma, como también permiten la salida de los distintos ARN y sus proteínas asociadas.
La envoltura nuclear es sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios dependientes del citoesqueleto, mientras que la lámina nuclear, la cual se localiza adyacente a la superficie interna de la envoltura nuclear, provee soporte interno.
El núcleo también tiene un nucleoplasma, en el cual están disueltos sus solutos y un esqueleto filamentoso, la matriz nuclear la cual provee soporte a los cromosomas y a los grandes complejos proteicos que intervienen en la replicación y transcripción del ADN.
Los cromosomas aparecen ocupando lugares específicos. Los genes que codifican productos relacionados, aunque estén localizados en diferentes cromosomas, pueden estar ubicados próximos en el núcleo interfásico. Por ejemplo, los cromosomas humanos 13, 14, 15, 21 y 22 poseen un gran número de genes que codifican para ARNr. Dichos cromosomas están agrupados de tal forma que los genes de los ARNr están todos juntos y confinados en el nucléolo, el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr. Esta separación física asegura que los ARNr puedan ser eficientemente ensamblados dentro de las subunidades ribosomales.
En el núcleo, los genes transcripcionalmente activos tienden a estar separados de los inactivos. Los activos se encuentran ubicados centralmente, mientras que los silentes están confinados próximos a la envoltura nuclear.
Tan pronto como las células entran en mitosis o meiosis, los fragmentos de la matriz nuclear dirigen la condensación de los cromosomas, constituyéndose en la parte central de los mismos.

Fig. 10.1 - Esquema de un núcleo interfásico
La envoltura nuclear
La envoltura está formada por dos membranas concéntricas interrumpidas por poros nucleares y por la lámina nuclear.
Fig. 10.2- Microfotografía electrónica de la envoltura nuclear
Las membranas delimitan un espacio de 10 a 50 nm, el espacio o cisterna perinuclear. La membrana externa en contacto con el citoplasma tiene ribosomas adheridos, que sintetizan las proteínas que se vuelcan al espacio perinuclear. El espacio perinuclear se continua con el REG.
La membrana interna posee proteínas integrales que le son propias, que se unen a la lámina nuclear y a los cromosomas.
La lámina nuclear, capa fibrosa de 10 a 15 nm en la que apoya la membrana interna, está formada por proteínas del tipo de los filamentos intermedios, polímeros de lamina o laminina nuclear. Ellas se unen a las proteínas integrales de membrana.
La fosforilación de las laminas provoca el desensamble de la lámina nuclear causando la ruptura de la envoltura al inicio de la división celular.
La lámina nuclear confiere estabilidad mecánica a la envoltura nuclear. Además, al interactuar con la cromatina participa en la determinación de la organización tridimensional del núcleo interfásico.
Si bien la formación de la lámina no se requiere durante los pasos iniciales, la organización de la envoltura es indispensable para el crecimiento posterior y el mantenimiento de su integridad. Las laminas se incorporan luego que la cisterna perinuclear rodea al ADN y se inicia el transporte entre el núcleo y el citoplasma. (Fig. 10.3)
La envoltura nuclear es un derivado del sistema de endomembranas, siendo esto evidente al inicio de la división celular, cuando la envoltura se desorganiza y pasa a formar parte del sistema de cisternas y vesículas del retículo endoplásmico.
La aparición de la envoltura nuclear permitió que los eucariontes aislaran los procesos genéticos principales, como la autoduplicación del ADN o la síntesis de ARN. Además esto posibilitó que el ARNm se modifique dentro del núcleo antes de ser traducido en los ribosomas. Estas modificaciones no ocurren en los procariontes, ya que a medida que la ARN polimerasa sintetiza el ARN, simultáneamente el extremo 5’ se une al ribosoma y comienza la traducción.

Fig. 10.3 - Mecanismo de formación y desintegración de la membrana nuclear
Complejos de poro nuclear
La envoltura nuclear presenta estructuras discoidales llamadas complejos de poro nuclear (CPN) (Fig. 10.4).
El número de CPN es variable, incrementándose a medida que aumenta la actividad celular. En una célula de mamífero hay entre 3000 a 4000 complejos de poro. Cada CPN es una estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de disposición octamérica. Está formado por:
·    Ocho columnas proteicas, que forman las paredes laterales del poro.
·    Un anillo externo, formado por ocho unidades proteicas.
·    Un anillo interno, también con estructura octamérica.
·    Proteínas de anclaje que fijan cada columna al espacio perinuclear.
·    Proteínas radiales que se proyectan desde las columnas hacia la luz del poro, a manera de diafragma
·    Proteínas fibrilares fijas al anillo interno y externo. En la cara nuclear convergen para formar una canastilla o cesta. A lo largo de estas fibrillas se ubican nucleoporinas que intervienen en el transporte de sustancias a través del poro.
·    Un poro central o abertura.

Fig. 10.4 - Esquema del complejo de poro nuclear
La luz de los CPN suele presentarse obturada por las proteínas que circulan a través del poro, como por las carioportinas (Kap) que actúan como eficientes transportadores en el tráfico núcleo/citoplasma.
Los CPN presentan uno o varios canales acuosos a través de los cuales las pequeñas moléculas solubles en agua difunden (transporte no regulado). Las moléculas de mayor peso molecular son transportadas en forma activa, por lo que requieren energía y moléculas transportadoras.
Se importan dentro del núcleo:
· Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los ribosomas.
·  Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los genes.
·  Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los ribosomas.
Las moléculas y macromoléculas ensambladas y exportadas desde el núcleo al citoplasma incluyen:
·  Las subunidades ribosomales
·  ARNm
·  ARN de transferencia
·  Factores de transcripción que son devueltos al citoplasma para ser reutilizados.
Los mecanismos implicados en el transporte a través del poro son diferentes al transporte de proteínas en las membranas de otros organelos . Por ejemplo, las proteínas nucleares son transportadas a través del poro manteniendo su conformación plegada, por el contrario las proteínas que no se localizarán en el núcleo se despliegan durante el transporte.
Los complejos de poro nuclear hacen de la envoltura nuclear una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma. Estos complejos constituyen la principal vía de comunicación entre el compartimiento nuclear y citoplasmático de la célula ante el pesado tráfico molecular. Aun cuando las proteínas pequeñas y otras moléculas viajan a través de los canales periféricos, las proteínas de gran tamaño deben poseer una etiqueta para ingresar por el canal central. Estas proteínas sintetizadas en el citoplasma contienen la señal de localización nuclear (nuclear signal localization, NSL).
Tampoco los ARN pueden salir de núcleo por sí mismos. Ellos salen a través del complejo de poro con una proteína especial que posee una señal nuclear de exportación (nuclear export signal, NES). Ambas NSL y NES consisten en una secuencia corta de aminoácidos, muchos de los cuales tienden a estar ubicados centralmente dentro de las proteína.
Observemos en la Fig. 10.4, como las proyecciones filamentosas desde la cara citosólica del complejo pueden enlazar proteínas, conduciéndolas dentro del poro central. Los filamentos citosólicos, el poro central y la canasta nuclear se proyectan dentro del compartimiento nuclear. Se cree que la canasta puede ser un área importante de paso para la preparación de las ribonucleoproteínas (RNP) antes de ser exportadas.
Las moléculas de mayor tamaño requieren de una proteína “transbordadora” o carioportina. La superfamilia de carioportinas esta integrada por: importinas . exportinas y transportinas .
Importación de proteínas (Fig. 10.5)
Las importinas son heterodímeros, formados por dos subunidades, la subunidad-a se une a la NSL de la proteína nuclear permitiendo la unión con la subunidadad-b. Esta unión origina una “importina funcional” que lleva unida a la proteína nuclear a ser transportada.
El complejo importina funcional se pone en contacto con los filamentos citosólicos, donde guiado por las nucleoporinas (Nup), llega al poro central. La translocación de complejo importina/carga es regulado por la pequeña RanGTPasa [1] , que se une a la subunidad b de la importina. Esta b-importina es la encargada de interactuar con el poro provocando su dilatación y posibilitando el ingreso de la proteína nuclear. La translocación de proteínas es un proceso activo. Cuando el complejo penetra al interior del núcleo, las subunidades de importina se separan y la carga es liberada. La disociación de las subunidades causa entonces un nuevo cambio en su forma, dejando al descubierto la NES de cada subunidad. Otras proteínas en el poro central reconocen la NES y retornan las subunidades al citoplasma.
Fig. 10.5 - Modelo de mecanismo de importación a través del CPN
Exportación de ARN
Los ARN maduros se asocian a proteínas llamadas transportinas, las cuales actúan como transbordadores permitiendo el pasaje de ARN al citoplasma. En la fig. 10.6 se esquematiza como el ARNm es llevado fuera del núcleo. Los ARNm maduros que presentan la poli A se asocian con varias proteínas, formando una partícula de ribonucleoproteína (RNP). Estas partículas se mueven linealmente a través de la canasta nuclear. Al igual que las importinas, las RNP son recicladas hacia el núcleo. En el citoplasma, las CRBP ( del inglés, cytoplasmic RNA-binding proteins) reemplazan a las RNP para guiar a los ARNs a sus destinos citosólicos correctos.

Fig. 10.6 - Modelo de mecanismo de exportación de ARNm a través del CPN
Cromosomas y Cromatina
El núcleo contiene los cromosomas de la célula. Cada cromosoma consiste en una molécula única de ADN con una cantidad equivalente de proteínas. Colectivamente, el ADN con sus proteínas asociadas se denomina cromatina. La mayor parte de las proteínas de la cromatina consisten en copias múltiples de cinco clases de histonas.
Estas proteínas básicas son ricas en residuos de arginina y lisina cargados positivamente. Por esta razón se unen estrechamente con los grupos fosfatos (cargados negativamente) del ADN.
La cromatina también contiene pequeñas cantidades de una amplia variedad de proteínas no histónicas y RNP. La mayoría de ellas son factores de transcripción (por ej., el receptor esteroide), siendo su asociación con el ADN pasajera. Estos factores regulan que parte del ADN será transcripta en ARN.

Niveles de organización de la cromatina
La observación a través del microscopio óptico de un núcleo interfásico, nos permite distinguir dos tipos de cromatina. La eucromatina o cromatina laxa, de localización central, y la heterocromatina o cromatina densa, en la periferia del núcleo (Fig.10.7). La heterocromatina representa aproximadamente el 10% del total de cromatina y es considerada transcripcionalmente inactiva (Fig. 10.8).
La eucromatina se encontraría al menos en dos estados, la eucromatina accesible, que representa alrededor del 10%, donde se encuentran los genes que se están transcribiendo y la eucromatina poco accesible, más condensada (pero menos que la heterocromatina), donde están los genes que la célula no está transcribiendo.
Si el núcleo celular se incuba con nucleasas, enzimas que digieren el ADN, las secuencias que primero se digieren son las que portan los genes expresados por la célula, lo que corrobora el menor grado de condensación de la eucromatina.
 
Fig. 10.7 - Microfotografía electrónica del núcleo de un hepatocito. a. eucromatina; b. RER


Fig. 10.8 - Microfotografía electrónica del núcleo de un linfocito. a. eucromatina; b. heterocromatina, c. mitocondria

Fig. 10.9 - H1 y formación de la fibra de 10 nm
Cuando el cromosoma en interfase se esparce artificialmente sobre agua, tiene la apariencia de un collar de perlas. Las perlas son los nucleosomas, las unidades de enrollamiento de la cromatina. (Fig. 10.10b)
Los nucleosomas están formados por un centro o "core" de histonas. Dicho centro posee dos copias de cada una de las siguientes histonas: H2A; H2B; H3 y H4
Alrededor del centro de histonas, 146 pares de bases del ADN se enrollan en dos vueltas. La unión de las histonas al ADN no depende de una secuencia particular de nucleótidos, sino de la secuencia de aminoácidos de la histona. Las histonas son unas de las moléculas más conservadas durante el transcurso de la evolución. La histona H4 en el ternero difiere de la H4 de la planta de poroto en sólo 2 residuos de aminoácidos de una cadena de 102. Alrededor de 60 pares de bases de ADN unen un nucleosoma con el próximo. Cada región de unión es el ADN espaciador. La quinta histona, la H1, conecta a los nucleosomas y actúa como una banda de goma, manteniéndolos juntos dentro de una misma cuerda enrollada. Esta estructura se conoce como fibra de 10nm, siendo el primer grado del empaquetamiento de la cromatina. (Fig. 10.9)
Los nucleosomas se organizan, a su vez, en fibras de 30nm (solenoide), girando a manera de resorte alrededor de un eje virtual. Esta estructura es mantenida por la interacción de las H1 de nucleosomas cercanos. (Fig. 10.10c)
En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras de 30 nm se organizan en una serie de bucles o asas superenrolladas (Fig. 10.10d; Fig. 10.11). Estos bucles se estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear o andamiaje nuclear (“scaffold”).
Fig. 10.10 - Modelo de empaquetamiento de la cromatina
Cada bucle de cromatina representa un dominio funcional o unidad de replicación (Fig. 10.10e). Estos dominios contienen alrededor de 100.000 pares de bases, extensión de ADN suficiente para acomodar varios genes de tamaño promedio. Algunos genes, sin embargo, pueden abarcar varios dominios adyacentes de un cromosoma. Cada cromosoma puede tener cien o más dominios.Durante la profase, los cromosomas aparecen en forma más condensada, alcanzando la cromatina su mayor nivel de condensación en metafase(Fig. 10.10f). La organización de los cromosomas envuelve la fosforilación de la H1 y otras proteínas, lo cual causa el plegamiento y empaquetamiento aún más compacto de la cromatina. El andamiaje o matriz nuclear se convierte en el centro de la estructura del cromosoma, y como la compactación continúa, éste se pliega modo de acordeón
El núcleo de la célula es un pequeño cuerpo que generalmente tiene forma esférica u ovalada. Su ubicación tiende a estar localizada en el centro de la célula. Sin embargo, es capaz de desplazarse en el caso de algunas células, mientras que en el caso de otras se encuentra fijo.
El núcleo tiene funciones de control y dentro de él se encuentra localizados los entes hereditarios. El núcleo se encuentra claramente delimitado por una membrana nuclear que lo separa del citoplasma que lo rodea, además de regular que sustancias entran o salen de él.
El núcleo controla las actividades de las otras partes de la célula porque dispone de la información necesaria para su funcionamiento que se encuentra codificada en las cromosomas. Cada vez que la célula se divide esta información debe ser duplicada y colocada en la nueva célula.
Dentro del núcleo se encuentra una sustancia acuosa llamada carioplasma, en la que se encuentran suspendidas los cromosomas (cuya forma es la de filamentos). Los cromosomas están compuestos por DNA y proteínas. Mientras la célula no se encuentra en proceso de división las hebras que conforman los cromosomas forman una especie de red irregular de fibras a la que llamamos cromatina.
También es posible localizar dentro del núcleo otro cuerpo conocido como nucleolo. La forma del nucleolo también semeja a la de una esfera, pero su forma puede variar. Además podría desaparecer temporalmente del núcleo, cuando la célula está a punto de dividirse. En otros casos puede observarse la presencia de más de un nucleolo en el mismo núcleo.
Parece que el nucleolo tiene un papel indispensable en la división de la célula, ya que si se destruye el nucleolo no se produce la división de la célula.
Se han realizado importantes experimentos para determinar el comportamiento del núcleo y del nucleolo en la separación celular y los resultados tienden a demostrar lo expresado aquí. Uno de los científicos que han realizado estos trabajos es Hämmerling quien experimentó con varios grupos de amibas. A un grupo las perforo varias veces sin tocar el núcleo. Por otra parte destruyó el núcleo del otro grupos de amibas. Hecho esto, las amibas que habían sido perforadas sin destruir el núcleo siguieron creciendo y reproduciendo. Por otro lado, aquellas a las que se les destruyó el núcleo, siguieron viviendo por algún tiempo pero no pudieron crecer ni reproducirse.

    
                         Imágenes  Núcleo  Celular         
                       

  




El núcleo fue el primer orgánulo en ser descubierto. Probablemente, el dibujo más antiguo que se conserva de este orgánulo se remonta a uno de los primeros micros copistas Este investigador observó un hueco o "lumen", el núcleo, en eritrocitos de salmón.[1] Al contrario que los eritrocitos de mamífero, los del resto de vertebrados son nucleados. El núcleo también fue descrito en 1804 por Franz Bauer, y posteriormente con más detalle por el botánico escocés Robert Brown en una charla dictada ante la Sociedad linneana de Londres en 1831.[2] Brown estaba estudiando la estructura microscópica de las orquídeas cuando observó un área opaca, que llamó areola o núcleo, en las células de la capa externa de la flor, si bien no sugirió una función potencial para tal estructura.[3] En 1838 Matthias Schleiden propuso que el núcleo desempeñaba un papel en la generación de células, denominándolo por ello "citoblasto" (constructor de células). Pensaba que había observado células nuevas alrededor de estos "citoblastos". Franz Meyen fue un fuerte opositor de esta opinión habiendo descrito previamente células que se multiplicaban por división y creyendo que muchas células carecerían de núcleo. La idea de que las células se podían generar de novo, bien por el "citoblasto" o bien de otro modo, contradecía los trabajos de Robert Remak (1852) y Rudolf Virchow (1855) quienes propagaron decisivamente el nuevo paradigma de que las células sólo eran generadas por otras 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, mostrando que el núcleo del espermatozoide entraba en el oocito, fusionándose con su núcleo. Esta fue la primera vez que se sugirió que un individuo se desarrollaba a partir de una sola célula nucleada. Esto estaba en contradicción con la teoría de Ernst Haeckel que enunciaba que se repetía la filogenia completa de una especie durante el desarrollo embrionario, incluyendo la generación de la primera célula nucleada a partir de una "monerula", una masa desestructurada de moco primordial ("Urschleim", en alemán). Por tanto, la necesidad del núcleo espermático para la fecundación estuvo en discusión por un tiempo. No obstante, Hertwig confirmó su observación en otros grupos animales, 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 August Weismann postuló la equivalencia de las células germinales paternas y maternas en la herencia. La función del núcleo como portador de información genética se hizo patente solo después, tras el descubrimiento de la mitosis y el redescubrimiento de la herencia mendeliana a principios del siglo XX. Esto supuso el desarrollo de la teoría cromosómica de la herencia.[4]
Estructuras
l núcleo es el orgánulo de mayor tamaño en las células animales.[5] 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.[6] En los vegetales, el núcleo generalmente presenta entre 5 a 25 µm y es visible con microscopio óptico. En los hongos se han observado casos de especies con núcleos muy pequeños, de alrededor de 0,5 µm, los cuales son visibles solamente con microscopio electrónico. En las oósferas de Cycas y de coníferas alcanza 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 el citosol del exterior del núcleo.[8] A grandes rasgos tiene el aspecto de un orgánulo denso y esférico.

Envoltura y poros nucleares

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.[9] 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.
http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_celular

Introducción
El núcleo es la estructura más destacada de la célula eucarionte, tanto por su morfología como por sus funciones. Su tamaño es variable (5 a 10 mm) al igual que su ubicación siendo en la mayoría de los tipos celulares central.
El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son:
1.        Almacenar la información genética en el ADN.
2.       Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.
3.       Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas.
En el núcleo se localizan los procesos a través de lo cuales se llevan a cabo dichas funciones. Estos procesos son:
1.        La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la cromatina.
2.       La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de éstos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción y
3.       La regulación de la expresión genética.
Estructura del núcleo (Fig. 10.1)
El núcleo está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por numerosos poros nucleares. Los poros actúan como una compuerta selectiva a través de la cual ciertas proteínas ingresan desde el citoplasma, como también permiten la salida de los distintos ARN y sus proteínas asociadas.
La envoltura nuclear es sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios dependientes del citoesqueleto, mientras que la lámina nuclear, la cual se localiza adyacente a la superficie interna de la envoltura nuclear, provee soporte interno.
El núcleo también tiene un nucleoplasma, en el cual están disueltos sus solutos y un esqueleto filamentoso, la matriz nuclear la cual provee soporte a los cromosomas y a los grandes complejos proteicos que intervienen en la replicación y transcripción del ADN.
Los cromosomas aparecen ocupando lugares específicos. Los genes que codifican productos relacionados, aunque estén localizados en diferentes cromosomas, pueden estar ubicados próximos en el núcleo interfásico. Por ejemplo, los cromosomas humanos 13, 14, 15, 21 y 22 poseen un gran número de genes que codifican para ARNr. Dichos cromosomas están agrupados de tal forma que los genes de los ARNr están todos juntos y confinados en el nucléolo, el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr. Esta separación física asegura que los ARNr puedan ser eficientemente ensamblados dentro de las subunidades ribosomales.
En el núcleo, los genes transcripcionalmente activos tienden a estar separados de los inactivos. Los activos se encuentran ubicados centralmente, mientras que los silentes están confinados próximos a la envoltura nuclear.
Tan pronto como las células entran en mitosis o meiosis, los fragmentos de la matriz nuclear dirigen la condensación de los cromosomas, constituyéndose en la parte central de los mismos.

Complejos de poro nuclear
La envoltura nuclear presenta estructuras discoidales llamadas complejos de poro nuclear (CPN) (Fig. 10.4).
El número de CPN es variable, incrementándose a medida que aumenta la actividad celular. En una célula de mamífero hay entre 3000 a 4000 complejos de poro. Cada CPN es una estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de disposición octamérica. Está formado por:
·    Ocho columnas proteicas, que forman las paredes laterales del poro.
·    Un anillo externo, formado por ocho unidades proteicas.
·    Un anillo interno, también con estructura octamérica.
·    Proteínas de anclaje que fijan cada columna al espacio perinuclear.
·    Proteínas radiales que se proyectan desde las columnas hacia la luz del poro, a manera de diafragma
·    Proteínas fibrilares fijas al anillo interno y externo. En la cara nuclear convergen para formar una canastilla o cesta. A lo largo de estas fibrillas se ubican nucleoporinas que intervienen en el transporte de sustancias a través del poro.
·    Un poro central o abertura.




Se importan dentro del núcleo:
· Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los ribosomas.
·  Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los genes.
·  Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los ribosomas.
Las moléculas y macromoléculas ensambladas y exportadas desde el núcleo al citoplasma incluyen:
·  Las subunidades ribosomales
·  ARNm
·  ARN de transferencia
·  Factores de transcripción que son devueltos al citoplasma para ser reutilizados.
Los mecanismos implicados en el transporte a través del poro son diferentes al transporte de proteínas en las membranas de otros organelos . Por ejemplo, las proteínas nucleares son transportadas a través del poro manteniendo su conformación plegada, por el contrario las proteínas que no se localizarán en el núcleo se despliegan durante el transporte.
Los complejos de poro nuclear hacen de la envoltura nuclear una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma. Estos complejos constituyen la principal vía de comunicación entre el compartimiento nuclear y citoplasmático de la célula ante el pesado tráfico molecular. Aun cuando las proteínas pequeñas y otras moléculas viajan a través de los canales periféricos, las proteínas de gran tamaño deben poseer una etiqueta para ingresar por el canal central. Estas proteínas sintetizadas en el citoplasma contienen la señal de localización nuclear (nuclear signal localization, NSL).
Tampoco los ARN pueden salir de núcleo por sí mismos. Ellos salen a través del complejo de poro con una proteína especial que posee una señal nuclear de exportación (nuclear export signal, NES). Ambas NSL y NES consisten en una secuencia corta de aminoácidos, muchos de los cuales tienden a estar ubicados centralmente dentro de las proteína.
Observemos en la Fig. 10.4, como las proyecciones filamentosas desde la cara citosólica del complejo pueden enlazar proteínas, conduciéndolas dentro del poro central. Los filamentos citosólicos, el poro central y la canasta nuclear se proyectan dentro del compartimiento nuclear. Se cree que la canasta puede ser un área importante de paso para la preparación de las ribonucleoproteínas (RNP) antes de ser exportadas.
Las moléculas de mayor tamaño requieren de una proteína “transbordadora” o carioportina. La superfamilia de carioportinas esta integrada por: importinas . exportinas y transportinas .
Importación de proteínas (Fig. 10.5)
Las importinas son heterodímeros, formados por dos subunidades, la subunidad-a se une a la NSL de la proteína nuclear permitiendo la unión con la subunidadad-b. Esta unión origina una “importina funcional” que lleva unida a la proteína nuclear a ser transportada.
El complejo importina funcional se pone en contacto con los filamentos citosólicos, donde guiado por las nucleoporinas (Nup), llega al poro central. La translocación de complejo importina/carga es regulado por la pequeña RanGTPasa [1] , que se une a la subunidad b de la importina. Esta b-importina es la encargada de interactuar con el poro provocando su dilatación y posibilitando el ingreso de la proteína nuclear. La translocación de proteínas es un proceso activo. Cuando el complejo penetra al interior del núcleo, las subunidades de importina se separan y la carga es liberada. La disociación de las subunidades causa entonces un nuevo cambio en su forma, dejando al descubierto la NES de cada subunidad. Otras proteínas en el poro central reconocen la NES y retornan las subunidades al citoplasma.
Exportación de ARN
Los ARN maduros se asocian a proteínas llamadas transportinas, las cuales actúan como transbordadores permitiendo el pasaje de ARN al citoplasma. En la fig. 10.6 se esquematiza como el ARNm es llevado fuera del núcleo. Los ARNm maduros que presentan la poli A se asocian con varias proteínas, formando una partícula de ribonucleoproteína (RNP). Estas partículas se mueven linealmente a través de la canasta nuclear. Al igual que las importinas, las RNP son recicladas hacia el núcleo. En el citoplasma, las CRBP ( del inglés, cytoplasmic RNA-binding proteins) reemplazan a las RNP para guiar a los ARNs a sus destinos citosólicos correctos.

EL NÚCLEO CELULAR

Silvia Márquez- Andrea Lassalle- Viviana Sabbatino- Gladys Gálvez
Introducción
El núcleo es la estructura más destacada de la célula eucarionte, tanto por su morfología como por sus funciones. Su tamaño es variable (5 a 10 mm) al igual que su ubicación siendo en la mayoría de los tipos celulares central.
El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son:
1.        Almacenar la información genética en el ADN.
2.       Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.
3.       Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas.
En el núcleo se localizan los procesos a través de lo cuales se llevan a cabo dichas funciones. Estos procesos son:
1.        La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la cromatina.
2.       La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de éstos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción y
3.       La regulación de la expresión genética.
Estructura del núcleo (Fig. 10.1)
El núcleo está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por numerosos poros nucleares. Los poros actúan como una compuerta selectiva a través de la cual ciertas proteínas ingresan desde el citoplasma, como también permiten la salida de los distintos ARN y sus proteínas asociadas.
La envoltura nuclear es sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios dependientes del citoesqueleto, mientras que la lámina nuclear, la cual se localiza adyacente a la superficie interna de la envoltura nuclear, provee soporte interno.
El núcleo también tiene un nucleoplasma, en el cual están disueltos sus solutos y un esqueleto filamentoso, la matriz nuclear la cual provee soporte a los cromosomas y a los grandes complejos proteicos que intervienen en la replicación y transcripción del ADN.
Los cromosomas aparecen ocupando lugares específicos. Los genes que codifican productos relacionados, aunque estén localizados en diferentes cromosomas, pueden estar ubicados próximos en el núcleo interfásico. Por ejemplo, los cromosomas humanos 13, 14, 15, 21 y 22 poseen un gran número de genes que codifican para ARNr. Dichos cromosomas están agrupados de tal forma que los genes de los ARNr están todos juntos y confinados en el nucléolo, el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr. Esta separación física asegura que los ARNr puedan ser eficientemente ensamblados dentro de las subunidades ribosomales.
En el núcleo, los genes transcripcionalmente activos tienden a estar separados de los inactivos. Los activos se encuentran ubicados centralmente, mientras que los silentes están confinados próximos a la envoltura nuclear.
Tan pronto como las células entran en mitosis o meiosis, los fragmentos de la matriz nuclear dirigen la condensación de los cromosomas, constituyéndose en la parte central de los mismos.

Fig. 10.1 - Esquema de un núcleo interfásico
La envoltura nuclear
La envoltura está formada por dos membranas concéntricas interrumpidas por poros nucleares y por la lámina nuclear.
Fig. 10.2- Microfotografía electrónica de la envoltura nuclear
Las membranas delimitan un espacio de 10 a 50 nm, el espacio o cisterna perinuclear. La membrana externa en contacto con el citoplasma tiene ribosomas adheridos, que sintetizan las proteínas que se vuelcan al espacio perinuclear. El espacio perinuclear se continua con el REG.
La membrana interna posee proteínas integrales que le son propias, que se unen a la lámina nuclear y a los cromosomas.
La lámina nuclear, capa fibrosa de 10 a 15 nm en la que apoya la membrana interna, está formada por proteínas del tipo de los filamentos intermedios, polímeros de lamina o laminina nuclear. Ellas se unen a las proteínas integrales de membrana.
La fosforilación de las laminas provoca el desensamble de la lámina nuclear causando la ruptura de la envoltura al inicio de la división celular.
La lámina nuclear confiere estabilidad mecánica a la envoltura nuclear. Además, al interactuar con la cromatina participa en la determinación de la organización tridimensional del núcleo interfásico.
Si bien la formación de la lámina no se requiere durante los pasos iniciales, la organización de la envoltura es indispensable para el crecimiento posterior y el mantenimiento de su integridad. Las laminas se incorporan luego que la cisterna perinuclear rodea al ADN y se inicia el transporte entre el núcleo y el citoplasma. (Fig. 10.3)
La envoltura nuclear es un derivado del sistema de endomembranas, siendo esto evidente al inicio de la división celular, cuando la envoltura se desorganiza y pasa a formar parte del sistema de cisternas y vesículas del retículo endoplásmico.
La aparición de la envoltura nuclear permitió que los eucariontes aislaran los procesos genéticos principales, como la autoduplicación del ADN o la síntesis de ARN. Además esto posibilitó que el ARNm se modifique dentro del núcleo antes de ser traducido en los ribosomas. Estas modificaciones no ocurren en los procariontes, ya que a medida que la ARN polimerasa sintetiza el ARN, simultáneamente el extremo 5’ se une al ribosoma y comienza la traducción.

Fig. 10.3 - Mecanismo de formación y desintegración de la membrana nuclear
Complejos de poro nuclear
La envoltura nuclear presenta estructuras discoidales llamadas complejos de poro nuclear (CPN) (Fig. 10.4).
El número de CPN es variable, incrementándose a medida que aumenta la actividad celular. En una célula de mamífero hay entre 3000 a 4000 complejos de poro. Cada CPN es una estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de disposición octamérica. Está formado por:
·    Ocho columnas proteicas, que forman las paredes laterales del poro.
·    Un anillo externo, formado por ocho unidades proteicas.
·    Un anillo interno, también con estructura octamérica.
·    Proteínas de anclaje que fijan cada columna al espacio perinuclear.
·    Proteínas radiales que se proyectan desde las columnas hacia la luz del poro, a manera de diafragma
·    Proteínas fibrilares fijas al anillo interno y externo. En la cara nuclear convergen para formar una canastilla o cesta. A lo largo de estas fibrillas se ubican nucleoporinas que intervienen en el transporte de sustancias a través del poro.
·    Un poro central o abertura.

Fig. 10.4 - Esquema del complejo de poro nuclear
La luz de los CPN suele presentarse obturada por las proteínas que circulan a través del poro, como por las carioportinas (Kap) que actúan como eficientes transportadores en el tráfico núcleo/citoplasma.
Los CPN presentan uno o varios canales acuosos a través de los cuales las pequeñas moléculas solubles en agua difunden (transporte no regulado). Las moléculas de mayor peso molecular son transportadas en forma activa, por lo que requieren energía y moléculas transportadoras.
Se importan dentro del núcleo:
· Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los ribosomas.
·  Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los genes.
·  Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los ribosomas.
Las moléculas y macromoléculas ensambladas y exportadas desde el núcleo al citoplasma incluyen:
·  Las subunidades ribosomales
·  ARNm
·  ARN de transferencia
·  Factores de transcripción que son devueltos al citoplasma para ser reutilizados.
Los mecanismos implicados en el transporte a través del poro son diferentes al transporte de proteínas en las membranas de otros organelos . Por ejemplo, las proteínas nucleares son transportadas a través del poro manteniendo su conformación plegada, por el contrario las proteínas que no se localizarán en el núcleo se despliegan durante el transporte.
Los complejos de poro nuclear hacen de la envoltura nuclear una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma. Estos complejos constituyen la principal vía de comunicación entre el compartimiento nuclear y citoplasmático de la célula ante el pesado tráfico molecular. Aun cuando las proteínas pequeñas y otras moléculas viajan a través de los canales periféricos, las proteínas de gran tamaño deben poseer una etiqueta para ingresar por el canal central. Estas proteínas sintetizadas en el citoplasma contienen la señal de localización nuclear (nuclear signal localization, NSL).
Tampoco los ARN pueden salir de núcleo por sí mismos. Ellos salen a través del complejo de poro con una proteína especial que posee una señal nuclear de exportación (nuclear export signal, NES). Ambas NSL y NES consisten en una secuencia corta de aminoácidos, muchos de los cuales tienden a estar ubicados centralmente dentro de las proteína.
Observemos en la Fig. 10.4, como las proyecciones filamentosas desde la cara citosólica del complejo pueden enlazar proteínas, conduciéndolas dentro del poro central. Los filamentos citosólicos, el poro central y la canasta nuclear se proyectan dentro del compartimiento nuclear. Se cree que la canasta puede ser un área importante de paso para la preparación de las ribonucleoproteínas (RNP) antes de ser exportadas.
Las moléculas de mayor tamaño requieren de una proteína “transbordadora” o carioportina. La superfamilia de carioportinas esta integrada por: importinas . exportinas y transportinas .
Importación de proteínas (Fig. 10.5)
Las importinas son heterodímeros, formados por dos subunidades, la subunidad-a se une a la NSL de la proteína nuclear permitiendo la unión con la subunidadad-b. Esta unión origina una “importina funcional” que lleva unida a la proteína nuclear a ser transportada.
El complejo importina funcional se pone en contacto con los filamentos citosólicos, donde guiado por las nucleoporinas (Nup), llega al poro central. La translocación de complejo importina/carga es regulado por la pequeña RanGTPasa [1] , que se une a la subunidad b de la importina. Esta b-importina es la encargada de interactuar con el poro provocando su dilatación y posibilitando el ingreso de la proteína nuclear. La translocación de proteínas es un proceso activo. Cuando el complejo penetra al interior del núcleo, las subunidades de importina se separan y la carga es liberada. La disociación de las subunidades causa entonces un nuevo cambio en su forma, dejando al descubierto la NES de cada subunidad. Otras proteínas en el poro central reconocen la NES y retornan las subunidades al citoplasma.
Fig. 10.5 - Modelo de mecanismo de importación a través del CPN
Exportación de ARN
Los ARN maduros se asocian a proteínas llamadas transportinas, las cuales actúan como transbordadores permitiendo el pasaje de ARN al citoplasma. En la fig. 10.6 se esquematiza como el ARNm es llevado fuera del núcleo. Los ARNm maduros que presentan la poli A se asocian con varias proteínas, formando una partícula de ribonucleoproteína (RNP). Estas partículas se mueven linealmente a través de la canasta nuclear. Al igual que las importinas, las RNP son recicladas hacia el núcleo. En el citoplasma, las CRBP ( del inglés, cytoplasmic RNA-binding proteins) reemplazan a las RNP para guiar a los ARNs a sus destinos citosólicos correctos.

Fig. 10.6 - Modelo de mecanismo de exportación de ARNm a través del CPN
Cromosomas y Cromatina
El núcleo contiene los cromosomas de la célula. Cada cromosoma consiste en una molécula única de ADN con una cantidad equivalente de proteínas. Colectivamente, el ADN con sus proteínas asociadas se denomina cromatina. La mayor parte de las proteínas de la cromatina consisten en copias múltiples de cinco clases de histonas.
Estas proteínas básicas son ricas en residuos de arginina y lisina cargados positivamente. Por esta razón se unen estrechamente con los grupos fosfatos (cargados negativamente) del ADN.
La cromatina también contiene pequeñas cantidades de una amplia variedad de proteínas no histónicas y RNP. La mayoría de ellas son factores de transcripción (por ej., el receptor esteroide), siendo su asociación con el ADN pasajera. Estos factores regulan que parte del ADN será transcripta en ARN.

Niveles de organización de la cromatina
La observación a través del microscopio óptico de un núcleo interfásico, nos permite distinguir dos tipos de cromatina. La eucromatina o cromatina laxa, de localización central, y la heterocromatina o cromatina densa, en la periferia del núcleo (Fig.10.7). La heterocromatina representa aproximadamente el 10% del total de cromatina y es considerada transcripcionalmente inactiva (Fig. 10.8).
La eucromatina se encontraría al menos en dos estados, la eucromatina accesible, que representa alrededor del 10%, donde se encuentran los genes que se están transcribiendo y la eucromatina poco accesible, más condensada (pero menos que la heterocromatina), donde están los genes que la célula no está transcribiendo.
Si el núcleo celular se incuba con nucleasas, enzimas que digieren el ADN, las secuencias que primero se digieren son las que portan los genes expresados por la célula, lo que corrobora el menor grado de condensación de la eucromatina.

Cuando el cromosoma en interfase se esparce artificialmente sobre agua, tiene la apariencia de un collar de perlas. Las perlas son los nucleosomas, las unidades de enrollamiento de la cromatina. (Fig. 10.10b)
Los nucleosomas están formados por un centro o "core" de histonas. Dicho centro posee dos copias de cada una de las siguientes histonas: H2A; H2B; H3 y H4
Alrededor del centro de histonas, 146 pares de bases del ADN se enrollan en dos vueltas. La unión de las histonas al ADN no depende de una secuencia particular de nucleótidos, sino de la secuencia de aminoácidos de la histona. Las histonas son unas de las moléculas más conservadas durante el transcurso de la evolución. La histona H4 en el ternero difiere de la H4 de la planta de poroto en sólo 2 residuos de aminoácidos de una cadena de 102. Alrededor de 60 pares de bases de ADN unen un nucleosoma con el próximo. Cada región de unión es el ADN espaciador. La quinta histona, la H1, conecta a los nucleosomas y actúa como una banda de goma, manteniéndolos juntos dentro de una misma cuerda enrollada. Esta estructura se conoce como fibra de 10nm, siendo el primer grado del empaquetamiento de la cromatina. (Fig. 10.9)
Los nucleosomas se organizan, a su vez, en fibras de 30nm (solenoide), girando a manera de resorte alrededor de un eje virtual. Esta estructura es mantenida por la interacción de las H1 de nucleosomas cercanos. (Fig. 10.10c)
En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras de 30 nm se organizan en una serie de bucles o asas superenrolladas (Fig. 10.10d; Fig. 10.11). Estos bucles se estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear o andamiaje nuclear (“scaffold


EL NÚCLEO CELULAR

Silvia Márquez- Andrea Lassalle- Viviana Sabbatino- Gladys Gálvez
Introducción
El núcleo es la estructura más destacada de la célula eucarionte, tanto por su morfología como por sus funciones. Su tamaño es variable (5 a 10 mm) al igual que su ubicación siendo en la mayoría de los tipos celulares central.
El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son:
1.        Almacenar la información genética en el ADN.
2.       Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.
3.       Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas.
En el núcleo se localizan los procesos a través de lo cuales se llevan a cabo dichas funciones. Estos procesos son:
1.        La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la cromatina.
2.       La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de éstos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción y
3.       La regulación de la expresión genética.
Estructura del núcleo (Fig. 10.1)
El núcleo está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por numerosos poros nucleares. Los poros actúan como una compuerta selectiva a través de la cual ciertas proteínas ingresan desde el citoplasma, como también permiten la salida de los distintos ARN y sus proteínas asociadas.
La envoltura nuclear es sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios dependientes del citoesqueleto, mientras que la lámina nuclear, la cual se localiza adyacente a la superficie interna de la envoltura nuclear, provee soporte interno.
El núcleo también tiene un nucleoplasma, en el cual están disueltos sus solutos y un esqueleto filamentoso, la matriz nuclear la cual provee soporte a los cromosomas y a los grandes complejos proteicos que intervienen en la replicación y transcripción del ADN.
Los cromosomas aparecen ocupando lugares específicos. Los genes que codifican productos relacionados, aunque estén localizados en diferentes cromosomas, pueden estar ubicados próximos en el núcleo interfásico. Por ejemplo, los cromosomas humanos 13, 14, 15, 21 y 22 poseen un gran número de genes que codifican para ARNr. Dichos cromosomas están agrupados de tal forma que los genes de los ARNr están todos juntos y confinados en el nucléolo, el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr. Esta separación física asegura que los ARNr puedan ser eficientemente ensamblados dentro de las subunidades ribosomales.
En el núcleo, los genes transcripcionalmente activos tienden a estar separados de los inactivos. Los activos se encuentran ubicados centralmente, mientras que los silentes están confinados próximos a la envoltura nuclear.
Tan pronto como las células entran en mitosis o meiosis, los fragmentos de la matriz nuclear dirigen la condensación de los cromosomas, constituyéndose en la parte central de los mismos.

Fig. 10.1 - Esquema de un núcleo interfásico
La envoltura nuclear
La envoltura está formada por dos membranas concéntricas interrumpidas por poros nucleares y por la lámina nuclear.
Fig. 10.2- Microfotografía electrónica de la envoltura nuclear
Las membranas delimitan un espacio de 10 a 50 nm, el espacio o cisterna perinuclear. La membrana externa en contacto con el citoplasma tiene ribosomas adheridos, que sintetizan las proteínas que se vuelcan al espacio perinuclear. El espacio perinuclear se continua con el REG.
La membrana interna posee proteínas integrales que le son propias, que se unen a la lámina nuclear y a los cromosomas.
La lámina nuclear, capa fibrosa de 10 a 15 nm en la que apoya la membrana interna, está formada por proteínas del tipo de los filamentos intermedios, polímeros de lamina o laminina nuclear. Ellas se unen a las proteínas integrales de membrana.
La fosforilación de las laminas provoca el desensamble de la lámina nuclear causando la ruptura de la envoltura al inicio de la división celular.
La lámina nuclear confiere estabilidad mecánica a la envoltura nuclear. Además, al interactuar con la cromatina participa en la determinación de la organización tridimensional del núcleo interfásico.
Si bien la formación de la lámina no se requiere durante los pasos iniciales, la organización de la envoltura es indispensable para el crecimiento posterior y el mantenimiento de su integridad. Las laminas se incorporan luego que la cisterna perinuclear rodea al ADN y se inicia el transporte entre el núcleo y el citoplasma. (Fig. 10.3)
La envoltura nuclear es un derivado del sistema de endomembranas, siendo esto evidente al inicio de la división celular, cuando la envoltura se desorganiza y pasa a formar parte del sistema de cisternas y vesículas del retículo endoplásmico.
La aparición de la envoltura nuclear permitió que los eucariontes aislaran los procesos genéticos principales, como la autoduplicación del ADN o la síntesis de ARN. Además esto posibilitó que el ARNm se modifique dentro del núcleo antes de ser traducido en los ribosomas. Estas modificaciones no ocurren en los procariontes, ya que a medida que la ARN polimerasa sintetiza el ARN, simultáneamente el extremo 5’ se une al ribosoma y comienza la traducción.

Fig. 10.3 - Mecanismo de formación y desintegración de la membrana nuclear
Complejos de poro nuclear
La envoltura nuclear presenta estructuras discoidales llamadas complejos de poro nuclear (CPN) (Fig. 10.4).
El número de CPN es variable, incrementándose a medida que aumenta la actividad celular. En una célula de mamífero hay entre 3000 a 4000 complejos de poro. Cada CPN es una estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de disposición octamérica. Está formado por:
·    Ocho columnas proteicas, que forman las paredes laterales del poro.
·    Un anillo externo, formado por ocho unidades proteicas.
·    Un anillo interno, también con estructura octamérica.
·    Proteínas de anclaje que fijan cada columna al espacio perinuclear.
·    Proteínas radiales que se proyectan desde las columnas hacia la luz del poro, a manera de diafragma
·    Proteínas fibrilares fijas al anillo interno y externo. En la cara nuclear convergen para formar una canastilla o cesta. A lo largo de estas fibrillas se ubican nucleoporinas que intervienen en el transporte de sustancias a través del poro.
·    Un poro central o abertura.

Fig. 10.4 - Esquema del complejo de poro nuclear
La luz de los CPN suele presentarse obturada por las proteínas que circulan a través del poro, como por las carioportinas (Kap) que actúan como eficientes transportadores en el tráfico núcleo/citoplasma.
Los CPN presentan uno o varios canales acuosos a través de los cuales las pequeñas moléculas solubles en agua difunden (transporte no regulado). Las moléculas de mayor peso molecular son transportadas en forma activa, por lo que requieren energía y moléculas transportadoras.
Se importan dentro del núcleo:
· Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los ribosomas.
·  Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los genes.
·  Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los ribosomas.
Las moléculas y macromoléculas ensambladas y exportadas desde el núcleo al citoplasma incluyen:
·  Las subunidades ribosomales
·  ARNm
·  ARN de transferencia
·  Factores de transcripción que son devueltos al citoplasma para ser reutilizados.
Los mecanismos implicados en el transporte a través del poro son diferentes al transporte de proteínas en las membranas de otros organelos . Por ejemplo, las proteínas nucleares son transportadas a través del poro manteniendo su conformación plegada, por el contrario las proteínas que no se localizarán en el núcleo se despliegan durante el transporte.
Los complejos de poro nuclear hacen de la envoltura nuclear una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma. Estos complejos constituyen la principal vía de comunicación entre el compartimiento nuclear y citoplasmático de la célula ante el pesado tráfico molecular. Aun cuando las proteínas pequeñas y otras moléculas viajan a través de los canales periféricos, las proteínas de gran tamaño deben poseer una etiqueta para ingresar por el canal central. Estas proteínas sintetizadas en el citoplasma contienen la señal de localización nuclear (nuclear signal localization, NSL).
Tampoco los ARN pueden salir de núcleo por sí mismos. Ellos salen a través del complejo de poro con una proteína especial que posee una señal nuclear de exportación (nuclear export signal, NES). Ambas NSL y NES consisten en una secuencia corta de aminoácidos, muchos de los cuales tienden a estar ubicados centralmente dentro de las proteína.
Observemos en la Fig. 10.4, como las proyecciones filamentosas desde la cara citosólica del complejo pueden enlazar proteínas, conduciéndolas dentro del poro central. Los filamentos citosólicos, el poro central y la canasta nuclear se proyectan dentro del compartimiento nuclear. Se cree que la canasta puede ser un área importante de paso para la preparación de las ribonucleoproteínas (RNP) antes de ser exportadas.
Las moléculas de mayor tamaño requieren de una proteína “transbordadora” o carioportina. La superfamilia de carioportinas esta integrada por: importinas . exportinas y transportinas .
Importación de proteínas (Fig. 10.5)
Las importinas son heterodímeros, formados por dos subunidades, la subunidad-a se une a la NSL de la proteína nuclear permitiendo la unión con la subunidadad-b. Esta unión origina una “importina funcional” que lleva unida a la proteína nuclear a ser transportada.
El complejo importina funcional se pone en contacto con los filamentos citosólicos, donde guiado por las nucleoporinas (Nup), llega al poro central. La translocación de complejo importina/carga es regulado por la pequeña RanGTPasa [1] , que se une a la subunidad b de la importina. Esta b-importina es la encargada de interactuar con el poro provocando su dilatación y posibilitando el ingreso de la proteína nuclear. La translocación de proteínas es un proceso activo. Cuando el complejo penetra al interior del núcleo, las subunidades de importina se separan y la carga es liberada. La disociación de las subunidades causa entonces un nuevo cambio en su forma, dejando al descubierto la NES de cada subunidad. Otras proteínas en el poro central reconocen la NES y retornan las subunidades al citoplasma.
Fig. 10.5 - Modelo de mecanismo de importación a través del CPN
Exportación de ARN
Los ARN maduros se asocian a proteínas llamadas transportinas, las cuales actúan como transbordadores permitiendo el pasaje de ARN al citoplasma. En la fig. 10.6 se esquematiza como el ARNm es llevado fuera del núcleo. Los ARNm maduros que presentan la poli A se asocian con varias proteínas, formando una partícula de ribonucleoproteína (RNP). Estas partículas se mueven linealmente a través de la canasta nuclear. Al igual que las importinas, las RNP son recicladas hacia el núcleo. En el citoplasma, las CRBP ( del inglés, cytoplasmic RNA-binding proteins) reemplazan a las RNP para guiar a los ARNs a sus destinos citosólicos correctos.

Fig. 10.6 - Modelo de mecanismo de exportación de ARNm a través del CPN
Cromosomas y Cromatina
El núcleo contiene los cromosomas de la célula. Cada cromosoma consiste en una molécula única de ADN con una cantidad equivalente de proteínas. Colectivamente, el ADN con sus proteínas asociadas se denomina cromatina. La mayor parte de las proteínas de la cromatina consisten en copias múltiples de cinco clases de histonas.
Estas proteínas básicas son ricas en residuos de arginina y lisina cargados positivamente. Por esta razón se unen estrechamente con los grupos fosfatos (cargados negativamente) del ADN.
La cromatina también contiene pequeñas cantidades de una amplia variedad de proteínas no histónicas y RNP. La mayoría de ellas son factores de transcripción (por ej., el receptor esteroide), siendo su asociación con el ADN pasajera. Estos factores regulan que parte del ADN será transcripta en ARN.

Niveles de organización de la cromatina
La observación a través del microscopio óptico de un núcleo interfásico, nos permite distinguir dos tipos de cromatina. La eucromatina o cromatina laxa, de localización central, y la heterocromatina o cromatina densa, en la periferia del núcleo (Fig.10.7). La heterocromatina representa aproximadamente el 10% del total de cromatina y es considerada transcripcionalmente inactiva (Fig. 10.8).
La eucromatina se encontraría al menos en dos estados, la eucromatina accesible, que representa alrededor del 10%, donde se encuentran los genes que se están transcribiendo y la eucromatina poco accesible, más condensada (pero menos que la heterocromatina), donde están los genes que la célula no está transcribiendo.
Si el núcleo celular se incuba con nucleasas, enzimas que digieren el ADN, las secuencias que primero se digieren son las que portan los genes expresados por la célula, lo que corrobora el menor grado de condensación de la eucromatina.
 
Fig. 10.7 - Microfotografía electrónica del núcleo de un hepatocito. a. eucromatina; b. RER


Fig. 10.8 - Microfotografía electrónica del núcleo de un linfocito. a. eucromatina; b. heterocromatina, c. mitocondria

Fig. 10.9 - H1 y formación de la fibra de 10 nm
Cuando el cromosoma en interfase se esparce artificialmente sobre agua, tiene la apariencia de un collar de perlas. Las perlas son los nucleosomas, las unidades de enrollamiento de la cromatina. (Fig. 10.10b)
Los nucleosomas están formados por un centro o "core" de histonas. Dicho centro posee dos copias de cada una de las siguientes histonas: H2A; H2B; H3 y H4
Alrededor del centro de histonas, 146 pares de bases del ADN se enrollan en dos vueltas. La unión de las histonas al ADN no depende de una secuencia particular de nucleótidos, sino de la secuencia de aminoácidos de la histona. Las histonas son unas de las moléculas más conservadas durante el transcurso de la evolución. La histona H4 en el ternero difiere de la H4 de la planta de poroto en sólo 2 residuos de aminoácidos de una cadena de 102. Alrededor de 60 pares de bases de ADN unen un nucleosoma con el próximo. Cada región de unión es el ADN espaciador. La quinta histona, la H1, conecta a los nucleosomas y actúa como una banda de goma, manteniéndolos juntos dentro de una misma cuerda enrollada. Esta estructura se conoce como fibra de 10nm, siendo el primer grado del empaquetamiento de la cromatina. (Fig. 10.9)
Los nucleosomas se organizan, a su vez, en fibras de 30nm (solenoide), girando a manera de resorte alrededor de un eje virtual. Esta estructura es mantenida por la interacción de las H1 de nucleosomas cercanos. (Fig. 10.10c)
En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras de 30 nm se organizan en una serie de bucles o asas superenrolladas (Fig. 10.10d; Fig. 10.11). Estos bucles se estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear o andamiaje nuclear (“scaffold”).
Fig. 10.10 - Modelo de empaquetamiento de la cromatina
Cada bucle de cromatina representa un dominio funcional o unidad de replicación (Fig. 10.10e). Estos dominios contienen alrededor de 100.000 pares de bases, extensión de ADN suficiente para acomodar varios genes de tamaño promedio. Algunos genes, sin embargo, pueden abarcar varios dominios adyacentes de un cromosoma. Cada cromosoma puede tener cien o más dominios.Durante la profase, los cromosomas aparecen en forma más condensada, alcanzando la cromatina su mayor nivel de condensación en metafase(Fig. 10.10f). La organización de los cromosomas envuelve la fosforilación de la H1 y otras proteínas, lo cual causa el plegamiento y empaquetamiento aún más compacto de la cromatina. El andamiaje o matriz nuclear se convierte en el centro de la estructura del cromosoma, y como la compactación continúa, éste se pliega modo de acordeón
El núcleo de la célula es un pequeño cuerpo que generalmente tiene forma esférica u ovalada. Su ubicación tiende a estar localizada en el centro de la célula. Sin embargo, es capaz de desplazarse en el caso de algunas células, mientras que en el caso de otras se encuentra fijo.
El núcleo tiene funciones de control y dentro de él se encuentra localizados los entes hereditarios. El núcleo se encuentra claramente delimitado por una membrana nuclear que lo separa del citoplasma que lo rodea, además de regular que sustancias entran o salen de él.
El núcleo controla las actividades de las otras partes de la célula porque dispone de la información necesaria para su funcionamiento que se encuentra codificada en las cromosomas. Cada vez que la célula se divide esta información debe ser duplicada y colocada en la nueva célula.
Dentro del núcleo se encuentra una sustancia acuosa llamada carioplasma, en la que se encuentran suspendidas los cromosomas (cuya forma es la de filamentos). Los cromosomas están compuestos por DNA y proteínas. Mientras la célula no se encuentra en proceso de división las hebras que conforman los cromosomas forman una especie de red irregular de fibras a la que llamamos cromatina.
También es posible localizar dentro del núcleo otro cuerpo conocido como nucleolo. La forma del nucleolo también semeja a la de una esfera, pero su forma puede variar. Además podría desaparecer temporalmente del núcleo, cuando la célula está a punto de dividirse. En otros casos puede observarse la presencia de más de un nucleolo en el mismo núcleo.
Parece que el nucleolo tiene un papel indispensable en la división de la célula, ya que si se destruye el nucleolo no se produce la división de la célula.
Se han realizado importantes experimentos para determinar el comportamiento del núcleo y del nucleolo en la separación celular y los resultados tienden a demostrar lo expresado aquí. Uno de los científicos que han realizado estos trabajos es Hämmerling quien experimentó con varios grupos de amibas. A un grupo las perforo varias veces sin tocar el núcleo. Por otra parte destruyó el núcleo del otro grupos de amibas. Hecho esto, las amibas que habían sido perforadas sin destruir el núcleo siguieron creciendo y reproduciendo. Por otro lado, aquellas a las que se les destruyó el núcleo, siguieron viviendo por algún tiempo pero no pudieron crecer ni reproducirse.

    
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