El núcleo celular

Fundamento

El presente trabajo busca enlistar todos y cada uno de los aspectos que conciernen al núcleo, haciendo hincapié en el núcleo eucariota, abarcando temas como sus generalidades en el núcleo interfásico (es decir, cuando no está en la etapa de división celular), organización, envoltura nuclear, abarcando las membranas que lo conforman, lámina nuclear, sistema de comunicación con el resto de la célula y la función que desempeña dentro de la organización celular y por la cual es importante.

Introducción

Las células eucariotas, a diferencia de las procariotas, son mucho más complejas, pues están rodeadas de una membrana plasmática, contienen ribosomas, variedad de orgánulos citoplasmáticos, citoesqueleto  y un núcleo, elemento importante a destacar.

El núcleo es el orgánulo más grande y prominente de las células eucariotas. Es de vital importancia, pues en él se contiene la información genética, que en los eucariotas se encuentra organizada de forma lineal, en lugar de moléculas de ADN circular.

En el interior del núcleo se llevan a cabo los procesos de replicación del ADN y de la transcripción y procesamiento del  ARN, ya que solo  la última etapa de la expresión génica (traducción) ocurre en el citoplasma, más específicamente, en los ribosomas.

Debido a que la envuelta nuclear separa el genoma del citoplasma, la expresión génica está regulada por mecanismos exclusivos de los organismos eucariotas. Mientras que los ARNm procariotas son traducidos a la vez que ocurre la transcripción, los ARNm  eucariotas sufren procesos postraduccionales (como es el caso del corte-empalme o splicing) antes de ser transportados desde el núcleo al citoplasma.

Debido a que la envoltura nuclear  limita el acceso de las proteínas al material genético, proporciona nuevas posibilidades para el control de la expresión génica a nivel de la transcripción.

La expresión de algunos genes eucariotas se controla a través de la regulación del transporte de los factores de transcripción desde el citoplasma hacia el núcleo, este mecanismo no existe en los procariotas. Es entonces que la separación entre el genoma y el lugar de traducción del ARNm toma un papel importante en la expresión génica en las células eucariotas1.

Las células maduras o diferenciadas portan mucha más información genética  en su núcleo de la que alguna vez pueden llegar a necesitar. En consecuencia, las células disponen de mecanismos que les permiten expresar la información genética que contienen de manera selectiva, a lo que siguen las instrucciones necesarias para cada célula en determinado momento o conforme a las necesidades requeridas2.

Desarrollo

Núcleo

Generalidades del núcleo interfásico.

Es un orgánulo típico de células eucarióticas. En las células procariotas se denomina nucleoide a la región citoplasmática en la que se encuentra el ADN dispuesto en una sola molécula circular.

La forma del núcleo es generalmente esférica, aunque también se pueden encontrar núcleos lenticulares o  elipsoides, en ocasiones pueden ser lobulados.

Su tamaño va de 5-25  µm, que es visible con microscopio óptico. Hay casos en los que los núcleos de los hongos son tan pequeños como 0.5 µm, que solo se pueden ver mediante el uso del microscopio electrónico. 

La posición del núcleo varía dependiendo del tipo de célula especializada de la que se esté hablando, pero como regla general, en las células embrionarias el núcleo se encuentra  ubicando el centro, mientras que en las células adultas está desplazado hacia un costado  porque el centro celular está ocupado por una o más vacuolas, estas son compartimentos limitados por la membrana plasmática y contienen diferentes sustancias como agua, enzimas, azúcares, sales o proteínas, la mayoría de las vacuolas se forman por la unión de múltiples vesículas membranosas.

La mayoría de las células eucariotas son uninucleadas, a excepción de los sincitios, y algunas células como los osteoclastos y las fibras musculares esqueléticas  que pueden llegar a ser multinucleadas3. Por supuesto, esto dependerá de las funciones individuales que cada tipo de célula específica realiza.

Entonces, se habla de que el núcleo es el lugar en donde habita el genoma de las células eucariotas, el cual está en forma de cromatina.

Funciones

Su principal función es la replicación y la transcripción de los ácidos nucleicos. Almacena la información genética, heredándola a las células hijas en el momento de la división celular. Sin embargo, se dice que del 2-5 % de la información genética se encuentra almacenada en el ADN de las mitocondrias. Por lo tanto, no toda la información genética necesaria para la transmisión de información se encontrará en el núcleo.

Controla todas las actividades celulares, ejerciendo su control al determinar qué proteínas enzimáticas deben ser producidas por la célula y en qué momento, esto con relación a las necesidades que se requieran en cada situación. Sin el núcleo, podríamos decir que la célula se convertiría en un completo desastre, pues no se tendría claro que es lo que debe hacerse en base a una serie de características específicas que determinarían los requerimientos celulares.

El control se ejerce a través del ARN que se sintetiza por transcripción del ADN, y que lleva la información al ARN ribosómico, en el citoplasma, donde tendrá lugar la síntesis de proteínas enzimáticas para el control de los procesos metabólicos4. Inicialmente, toda la información contenida en los genes se encuentra exclusivamente en el núcleo, pero al convertir esta información presente como ADN en ARN, se da la posibilidad de exportarlo hacia el citoplasma, donde posteriormente se encontrará con los ribosomas, mismos que ejecutarán la función de convertir este mismo ARNm proveniente del núcleo celular en proteínas específicas según la secuencia de nucleótidos y aminoácidos.

Características del núcleo interfásico

 El contenido del núcleo se presenta como una masa amorfa y viscosa de material encerrada por una envoltura nuclear compleja, que forma una transición entre el núcleo y el citoplasma.

Dentro del núcleo de una interfase típica (es decir, no mitótica) la célula tiene:

1. Cromosomas, que se observan como fibras e nucleoproteína muy extendidas, denominadas cromatina2. Entonces, los cromosomas son unidades muy condensadas de cromatina.
2. Uno o más nucléolos, estructuras electrodensas de forma irregular que funcionan en la síntesis del RNA ribosómico (ácido ribonucleico) y el ensamble de ribosomas.
3. Nucleoplasma, una sustancia líquida en la que los solutos del núcleo se disuelven y en donde se dan muchas de las reacciones que tienen lugar en el núcleo. Es el citoplasma del núcleo.
4. Matriz nuclear, una red fibrilar que contiene proteínas2. Sostén de la cromatina.

Organización externa del núcleo

Envoltura nuclear

La envoltura nuclear consta de dos membranas celulares organizadas en paralelo una con otra y separadas por un espacio de 10-50 nm. También se tiene la lámina nuclear, adherida a la membrana nuclear interna2. A su vez las estructuras antes mencionadas conforman el complejo del poro nuclear, es decir un espacio que forma una abertura entre las capas que conforman a la envoltura nuclear.

La célula necesita separar el ADN del citoplasma por las siguientes razones:

• Estabilidad génica: la confinación del genoma en un compartimento contribuye a preservar la estabilidad del ADN, que es mayor que en procariotas, teniendo en cuenta que estamos hablando de una enorme cantidad de ADN7. Esto quiere decir que el que se mantenga aislada a la cromatina aporta mejor control sobre la expresión de los genes, evitando que factores externos puedan intervenir en esta.
• Permite la regulación de la expresión génica a un nivel impensable para los procariotas. Por ejemplo, el acceso o no a los factores de transcripción. Los factores de transcripción son moléculas que regulan la expresión génica y son sintetizados en el citoplasma. Para su acción deben ser transportados al interior celular. Las cascadas de señalización empiezan en receptores de membrana o internos, pero cualquiera que sea su inicio, si desencadenan expresión génica, alguna molécula de la cascada de señalización debe atravesar la envuelta nuclear. Si se bloquea este paso no se producirá ningún efecto sobre la expresión génica7. Entonces, se puede decir que está envuelta funciona como un filtro en base a las necesidades que la célula requiere en su momento, evitando la transcripción de algunos genes tal vez innecesarios en ese tiempo. 
• La presencia de intrones y exones en los genes eucariotas obliga a una maduración del transcrito primario. Es muy peligroso que un ARNm sin madurar acceda a los ribosomas puesto que produciría proteínas no funcionales o incluso potencialmente peligrosas7. El splicing es necesario para que el ARN obtenga su mayor nivel de maduración al eliminar los intrones, de no ser así, se pueden codificar proteínas mal hechas o que ocasiones un descontrol dentro de la célula.
• Separar la transcripción de la traducción aporta a la célula una herramienta más para regular la información que va desde el ADN hasta la proteína. Así, la transcripción de un gen a ARNm no significa que se produzca una proteína de forma inmediata7. Impidiendo la salida del ARNm del núcleo se evita la producción de dicha proteína tal vez no necesaria, e incluso, a veces, con errores durante su formación.

La envuelta nuclear se desorganiza durante la profase de la mitosis en la mayoría de los eucariotas. Es la denominada mitosis abierta. Ello permite que los microtúbulos tengan acceso a los cromosomas. Una vez producida la segregación y reparto de los cromosomas, la envuelta nuclear se ensambla de nuevo a partir de las membranas del retículo endoplasmático durante la telofase para formar los núcleos de las células hijas7. Si la envuelta nuclear no tuviera la capacidad de disgregarse, la mitosis no podría ser llevada a cabo, pues no se permitiría el acceso a los elementos necesarios dentro del núcleo para primeramente hacer una copia, después transcribirla y finalmente traducirla en los ribosomas, entonces no se podría transmitir toda esta información a una célula hija.

...