EL NUCLEO EN LA CELULA EUCARIOTA

EL NUCLEO EN LA CELULA EUCARIOTA
Para comprender la estructura del núcleo es necesario que repasemos algunos
conceptos que ya fueron mencionados en las clases anteriores y aprendamos
juntos otros nuevos que nos permitirá ubicarnos en el tema y saber de qué
estamos hablando.
Hemos aprendido las cuatro biomoléculas comprometidas en nuestra
pertenencia al mundo de los seres vivos, estudiamos tres de ellas (lípidos,
proteínas y glúcidos) y sus funciones derivadas sus propiedades químicas y
físicas y de las diferentes posiciones en las que se hallan ubicadas en la célula
(membrana plasmática, organelas, citosol, citoesqueleto) responsables en
definitiva, de que permanentemente nos estemos autoconstruyendo
(autopoyesis) característica que nos define como seres vivos. Ahora bien,
estos polímeros no podrían formar estructuras, realizar procesos metabólicos,
enviar mensajes a células alejadas, mover moléculas, transmitir impulsos
eléctricos, etc., sino existiera un programa organizado que ordene dichas
funciones. Ese programa se encuentra en el núcleo, guardado, escrito en el
ADN, quien tiene la información que caracteriza a cada una de las diferentes
especies de cada uno de los reinos de los seres vivos.
Por eso cuando hablamos del núcleo le atribuimos la función de información
genética, alojada en el ADN. Cada molécula de ADN forma un cromosoma.
La especie humana tiene 46 cromosomas (46 moléculas de ADN) en cada uno
de los núcleos de las células somáticas. También se los agrupa como 23 pares
de cromosomas porque cada uno de ellos tiene un par o compañero parecido o
semejante (homólogo) ya que heredamos 23 cromosomas de cada uno de
nuestros progenitores (23 +23 = 46).
La totalidad de la información genética se denomina genoma. Cada
cromosoma o molécula de ADN tiene sectores funcionales con información
para la síntesis (producción) de cada una de las miles de proteínas que
constituyen nuestro organismo. Esos sectores funcionales del ADN se
denominan genes, también definidos como secuencias de nucleótidos que
codifican para una proteína.
También el núcleo tiene la función de dirigir la
reproducción celular en las células que se
multiplican; ya vimos cuando estudiamos la célula
procariota que antes de su división binaria, duplica
todos sus componentes incluido el ADN, para
repartirlos en dos células hijas idénticas a la célula
madre. Las células somáticas eucariontes se dividen
por un proceso llamado mitosis, durante el cual
también deben duplicar su ADN, organelas y todo su
contenido, para obtener dos células idénticas a la que
les dio origen. Cuando los cromosomas se duplican se
compactan y pueden verse en el núcleo con el
microscopio óptico; estos cromosomas dobles
llamados mitóticos, son los que se pueden estudiar y ver su morfología, cada
uno está formado por dos filamentos o cromátides hermanas (dos moléculas
de ADN) unidas en una constricción llamada centrómero que de acuerdo a su
posición da lugar a la clasificación de los cromosomas en metacéntricos,
submetacéntricos y acrocéntricos según el centrómero se encuentre en el
centro, alejado del
punto
central
o
cerca de uno de sus
extremos,
respectivamente.
Se
denominan
telómeros a los
extremos de los
cromosomas.
La
constitución
química
de
los
ácidos
nucleicos
corresponde
a
largas secuencias
de nucléotidos que
son heteropolímeros
(diferenes
monómeros)
constituidos por una
base nitrogenada, una pentosa y un ácido fosfórico.
En el siguiente cuadro se observa la diferencia en la constitución entre ADN y
ARN.
ACIDO
ADN
PENTOSA
BASES
Púricas
Adenina
NITROGENADAS
Pirimidinicas
Timina
AC.Fosfórico
+
Desoxirribosa
ARN
Guanina
Citosina
Adenina
Uracilo
Guanina
Citosina
Ribosa
+
Antes de pasar a estudiar la estructura del núcleo, debemos conocer que las
células que se dividen entran en un ciclo, que tiene una interfase previa a la
mitosis. En la primera etapa la célula realiza todas sus funciones hasta que
recibe el mensaje que debe prepararse para la división, el núcleo que vamos a
describir corresponde a la interfase, porque durante la mitosis el núcleo se
disuelve, desaparece la membrana nuclear que vuelve a reconstituirse en la
etapa final de la división.
El núcleo es la organela más voluminosa que caracteriza a la célula eucariota,
ocupa aproximadamente el 10% del citoplasma, generalmente se encuentra
localizado en el centro de la célula y está rodeado de la membrana o
envoltura nuclear o carioteca constituida por dos membranas, cada una de
ellas es una bicapa fosfolipídica con diferentes tipos de proteínas. La
membrana interna define al núcleo mientras que la membrana externa se
continúa con el RER: el espacio que separa las dos membranas, espacio
perinuclear se continúa con la luz del RER. Ambas membranas se fusionan en
los poros.
La forma del núcleo
varía, en general es
redondo u ovalado,
aunque en algunas
células tiene forma de
riñón o puede ser
lobulado. La forma y
resistencia del núcleo
depende
de
los
laminofilamentos,
una red de proteínas
fibrosas
que
son
filamentos intermedios
del citoesqueleto celular, los cuales parecen fijar también el ADN.
La membrana nuclear se halla acribillada de miles de canales llamados poros
nucleares cuyo número varía en los distintos tipos celulares pero que tienen
una estructura común, que forma el complejo del poro y que permiten la
comunicación entre el núcleo y el citoplasma.
Estos
canales
están
compuestos
por
8
columnas
proteicas
que forman la
pared de un
anillo fijado a
través
de
proteínas de
anclaje a la
membrana
nuclear y de las que nacen proteínas radiales que se proyectan en la luz del
poro, las cuales tienen actividad contráctil actuando como un diafragma que
regula el diámetro de la luz seleccionando el pasaje de sustancias a través de
los mismos. Además hay fibrillas proteicas que nacen de los anillos externos
e internos del complejo del poro y se proyectan hacia el citosol y el núcleo
respectivamente, a lo largo de las cuales se alinean varias proteínas llamadas
nucleoporinas implicadas en el pasaje de sustancias a través del poro. La
entrada de proteínas en el núcleo se realiza por un mecanismo selectivo que
solo autoriza el pasaje de proteínas que tienen un péptido señal que actúa
como contraseña, una señal de exportación o importación nuclear. En
cambio, los iones y las moléculas pequeñas se transfieren en forma pasiva, sin
gasto de energía; las macromoléculas deben provocar una dilatación del poro,
por lo tanto el complejo del poro se comporta como un diafragma que adapta
su abertura a las dimensiones de las macromoléculas que los atraviesan.
Por dentro de la membrana nuclear se encuentra la cromatina (de cromos=
color) responsable del color que toma el núcleo con las tinciones que se
utilizan para estudiar la célula y que es la sustancia que forma los cromosomas.
Por lo tanto la cromatina está formada por ácidos nucleicos, proteínas
histónicas y no histónicas que forman un complejo proteico similar en todas las
células eucariontes, incluidos hongos, plantas y animales.
Las proteínas histonas son proteínas
básicas, ricas en aminoácidos con carga
positiva que interactúan con los grupos
fosfatos del ADN cuya carga es negativa.
Estas proteínas son cinco H1, H2A, H2B, H3 e
H4, (H= histona), tienen mucha semejanza en
las distintas especies y se pliegan formando
estructuras tridimensionales que se asocian
con el ADN. Vimos que cada cromosoma es
igual a una molécula de ADN y que la especie
humana tiene 46 cromosomas o 46 moléculas
de ADN en cada núcleo celular, los cuales se
duplican cuando la célula se va a dividir en dos células hijas (mitosis), es decir
que antes de esa división dentro del núcleo habrá 92 moléculas de ADN. Si
aislamos un cromosoma de los mas largos que poseemos y lo desplegamos y
medimos veremos que tiene unos 10cm de longitud. ¿Cómo pueden entonces
tantas macromoléculas alojarse dentro de un espacio tan pequeño como es el
núcleo? La célula lo
resuelve compactando
los cromosomas y para
ello necesitamos de las
histonas, las cuales se
asocian
formando
octámeros constituidos
por pares de H2A, H2B,
H3 y H4 las que forman
pequeños
cilindros
llamados nucleosomas
sobre los cuales se
enrolla el ADN en una
vuelta y media, que, a
su vez es fijado al
nucleosoma por H1.
Entre estas estructuras
existe un segmento de
ADN que los separa
llamado
ADN
espaciador, de modo
que toda la estructura
del ADN se parece a un
collar de perlas, las
cuales corresponden a
los
nucleosomas
“enhebrados” por un cordón de ADN. Mas adelante estudiaremos que esta
conformación es responsable del enrollamiento y compactación de los
cromosomas durante la división celular, en la cual intervienen las proteínas no
histónicas
que contribuyen a sostener y plegar el armazón de los
cromosomas así como también intervienen en la transcripción (copia) de los
genes.
Según el grado de enrollamiento de los cromosomas en interfase existen
regiones que permanecen condensadas y se tiñen más oscuras, las que
constituyen la heterocromatina, mientras que las porciones desplegadas son
más claras y se denomina eucromatina. Esta última corresponde a los
sectores del ADN donde se ubican los genes que se pueden transcribir, por eso
se la llama cromatina activa. La heterocromatina es inactiva y puede ser
constitutiva que se encuentra en todos los tipos celulares, corresponde a los
sectores de ADN condensados de los centrómeros y telómeros de los
cromosomas o facultativa, que se observa en diferentes localizaciones de
acuerdo al tipo celular. Un ejemplo de heterocromatina facultativa es el
corpúsculo de Barr que se encuentra en todas las células de la hembra y que
corresponde a uno de los cromosomas X del par sexual, condensado.
El nucléolo corresponde a una condensación de la cromatina en la cual se
agrupan los cromosomas que guardan la información para el ARNr, que tiene
que ver con la construcción de los ribosomas del citoplasma que son los que
sintetizan, fabrican proteínas, de allí que se ven grandes en las células que
tienen esta función.
El espacio que queda entre la cromatina y la membrana nuclear corresponde a
la matriz o jugo nuclear, rica en enzimas que intervienen en los procesos
metabólicos del núcleo y en la síntesis de los ácidos nucleicos.
BIBLIOGRAFÍA:
Biología celular y molecular - De Robertis
Biología celular y molecular - Junqueira
Biología celular y molecular – Lodish
Imágenes del Atlas de Biología e Histología de la FCS y obtenidas de
diferentes sitios de Internet