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Núcleo celular

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El núcleo celular, organelo de entrada descrito por Franz Bauer, en 1802, es una estructura presente en las células eucariontes, que contiene el ADN (o ADN) de la célula. ES delimitado por el envoltório nuclear, y se comunica con el citoplasma a través de los poros nucleares. El núcleo posee dos funciones básicas: regular las reacciones químicas que ocurren dentro de la célula, y almacenar las informaciones genéticas de la célula. Su diámetro puede variar de 11 a 22.25 μm.

Además del material genético, el núcleo también posee algunas proteínas con la función de regular la expresión gênica, que envuelve procesos complejos de transcripción , pre-procesamiento del mRNA (RNA mensajero), y el transporte del mRNA formado para el citoplasma. Dentro del núcleo aún se encuentra una estructura denominada nucléolo, que es responsable por la producción de subunidades de los ribossomos. El envoltório nuclear es responsable tanto por separar las reacciones químicas que ocurren dentro del citoplasma de aquellas que ocurren dentro del núcleo, cuanto por permitir la comunicación entre esos dos ambientes. Esa comunicación es realizada por los poros nucleares que se forman de la fusión entre la membrana interna y la externa del envoltório nuclear.

El interior del núcleo es compuesto por una matriz denominada de nucleoplasma , que es un líquido de consistencia gelatinosa, similar al citoplasma. Dentro de él están presentes varias substancias necesarias para el funcionamiento del núcleo, incluyendo bases nitrogenadas, enzimas, proteínas y factores de transcripción. También existe una red de hebras dentro del nucleoplasma (llamada de matriz nuclear), cuya función aún está siendo discutida.

El ADN presente en el núcleo se encuentra generalmente organizado en la forma de cromatina (que puede ser eucromatina o heterocromatina ), durante el periodo de interfase . Durante la división celular, sin embargo, el material genético es organizado en la forma de cromossomos . Su posición es generalmente céntrica, acompañando el formato de la célula, pero eso puede variar de una para otra. En los eritrócitos de los mamíferos, el núcleo está ausente.

Tabla de contenido

Historia

Dibujo de un núcleo celular, por Walther Flemming, hecho en 1882.

El núcleo celular fue el primero organelo a ser descubierto, habiendo sido de entrada descrito por Franz Bauer, en 1802.[1] Fue más tarde descrito en más detalle por el botânico escocés Robert Brown, en 1831, en una palestra en la Sociedad Linneana de Londres. Brown estaba estudiando orquídeas al microscópio cuando observó una región opaca, que llamó de auréola o núcleo, existentes en las células de la capa exterior, en flores.[2] En la altura no sugirió ninguna potencial función. En 1838, Matthias Schleiden propuso que el núcleo desempeñaba un papel en la generación de células, habiendo introducido el nombre "citoblasto" (generador de células). Creyó que había observado nuevas células a aparecer a la vuelta de los "citoblastos". Franz Meyen era un fuerte opositor a esta teoría, teniendo ya descrito células a multiplicarse por división y creyendo que muchas células no tendrían núcleo. La idea de que las células pueden ser generadas de nuevo, por el "citoblasto", contradecía los trabajos de Robert Remak (1852) y Rudolf Virchow (1855), que decisivamente propagaron el paradigma de que las células son generadas solamente por otras células ("Omnis cellula y cellula"). La función del núcleo permanecía, sin embargo, poco clara.[3]

Entre 1876 y 1878, Oscar Hertwig publicó varios estudios sobre la fertilização en óvulos de ouriço-del-mar , mostrando que el núcleo del espermatozóide entra en el oócito, fundiéndose con su núcleo. Esta fue la primera vez que era sugerido que un individuo se desarrolla a partir de una única célula nucleada. Esto venía en contradicción con la teoría de Ernst Haeckel, de que la filogenia completa de una especie era repetida durante el desarrollo embrionário, incluyendo la generación de la primera célula nucleada a partir de una "Monerula", una masa sin estructura, de muco primordial ("Urschleim"). La necesidad de un núcleo espermático para la fertilização fue discutida por algún tiempo. Sin embargo, Hertwig confirmó sus observaciones en otros grupos animales, como por ejemplo en anfíbios y moluscos . Eduard Strasburger produjo los mismos resultados en plantas (1884). Esto abrió el camino para establecer el núcleo como teniendo un papel primordial en la hereditariedade. En 1873, August Weismann postulou la equivalência de las células germinais paternais y maternas para la hereditariedade. La función del núcleo, como transportista de la información genética, sólo quedó clara más tarde, después de la mitose haber sido descubrimiento y la hereditariedade mendeliana haber sido redescoberta, en el inicio del siglo XX. En esa altura, la teoría cromossómica de la hereditariedade fue desarrollada.[3]

Estructura

El núcleo es el mayor organelo celular en animales.[4] En células de mamíferos , el diámetro medio anda típicamente a la vuelta de 11 a 22μm y ocupa 10% del volumen total.[5] El líquido viscoso dentro del núcleo se denomina nucleoplasma, y es similar al citoplasma encontrado en el exterior del núcleo.

Citoesqueleto

En las células animales, dos redes de filamentos intermédios providenciam soporte estructural al núcleo: la cuchilla nuclear forma una red organizada en la faz interna del envelope, mientras que un tipo de soporte menos organizado es providenciado por la faz citosólica del envelope. Ambos sistemas dan lo soporte estructural para el envelope nuclear y actúan como puntos de anclaje para los cromossomas y poros nucleares.[5]

La cuchilla nuclear es esencialmente compuesta por proteínas denominadas laminas. Como todas las proteínas, las laminas son sintetizadas en el citoplasma y después transportadas para el interior del núcleo, donde son agregadas antes de ser incrustadas en la red existente de cuchilla nuclear.[6][7] Las laminas pueden también ser encontradas dentro del nucleoplasma, donde forman una estructura regular[8] que es visible con el auxílio de microscopia de fluorescência. La función de esta estructura aún no está totalmente establecida, aunque se sepa que está excluida del nucléolo y está presente durante la interfase .[9] Las estructuras de laminas que forman esta estructura se conectan a la cromatina y rompiendo su estructura se da la inibição de la transcripción de genes que codificam proteínas.[10]

Tal como los componentes de otros filamentos intermédios, el monómero de lamina contiene un dominio en alfa-hélice, usados por dos monómeros para se enrolarem uno en el otro, formando una estructura dimérica denominada coiled-coil. Entonces, dos de estas estructuras diméricas se colocan codo con codo, en un arreglo antiparalelo, formando un tetrâmero denominado protofilamento. Ocho de estos protofilamentos forman un arreglo lateral que es torcido de molde a formar una estructura semejante a una corda. Estos filamentos pueden ser juntos o separados de una manera dinámica, significando que la largura del filamento depende de las diferentes tasas de adición y remoção de filamento.[5]

Cromossomas

El núcleo de un fibroblasto de un ratón, en el cual el ADN está colocado del azul. Los distinguidos territorios cromossómicos, del cromossoma 2 (a rojo) y del cromossoma 9 (la verde) son visibles a través de coloração hibridização fluorescente in situ.

El núcleo celular contiene la mayoría del material genético de la célula, bajo la forma de múltiples moléculas lineales de ADN organizadas en estructuras denominadas cromossomas. Durante la mayor parte del ciclo celular están organizados en un complejo ADN-proteína conocido como cromatina, y durante la división celular la cromatina puede ser vista a formar los cromossomas bien definidos que son familiares de un cariótipo. Una pequeña fracción de los genes de la célula está localizada en la mitocôndria .

Existen dos tipos de cromatina. La eucromatina es la forma menos comprime de ADN, y contiene genes que son frecuentemente expressos por la célula.[11] Lo otro tipo, la heterocromatina , es la forma más compacta, y contiene ADN que no es frecuentemente transcrito. Esta estructura es aún más categorizada en heterocromatina facultativa, consistiendo de genes que están organizados como heterocromatina sólo en ciertos tipos de célula o en ciertos estágios de desarrollo, y la heterocromatina constitutiva, que consiste en componente cromossómicos estructurales como los telómeros y los centrómeros.[12] Durante la interfase, la cromatina se organiza en pequeños aglomerados individuales,[13] denominados territorios cromossómicos.[14] Los genes activos, que son normalmente encontrados en la región de la eucromatina, tienden a estar localizados en las fronteras de este territorios cromossómicos.[15]

Anticorpos asociados con ciertos tipos de organización de la cromatina, particularmente los nucleossomas, han sido relacionados con un número de enfermedades autoimunes, tal como el lupus eritematoso sistemático.[16] Estos son conocidos como anticorpos antinucleares (AAN) y han sido observados concertadamente con esclerose múltiple, como parte de una disfunção general del sistema imunitário.[17]

Envelope nuclear y poros nucleares

Ver artículos principales: Envelope nuclear y Poro nuclear.
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El núcleo de la célula eucariota. En este diagrama es visible la doble membrana del envelope nuclear, impregnada de ribossomas , el ADN y el nucléolo. Dentro del núcleo existe un líquido viscoso denominado nucleoplasma, similar al del citoplasma que se encuentra fuera del núcleo.

el envolvente nuclear es compuesto por dos membranas celulares dispuestas en paralelo (una interior y otra exterior) y separadas por 10 a 50 nanómetros. El envelope nuclear envuelve completamente el núcleo y separa el material genético de la célula del citoplasma, sirviendo como barrera a la difusión libre de macromoléculas entre el nucleoplasma y el citoplasma[18] La membrana nuclear externa es continua con la membrana del retículo endoplasmático rugoso (RER), estando igualmente recubierta de ribossomas . El espacio entre las membranas nucleares es llamado de espacio perinuclear y tiene continuidad con el lúmen del RER.

Los poros nucleares providenciam canales aquosos a través del envolvente, siendo compuestos por múltiples proteínas, colectivamente denominadas de nucleoporinas. Los poros poseen cerca de 125 millones de dalton de peso molecular y consisten en cerca de 50 (en leveduras) a 100 proteínas (en vertebrados).[4] Los poros poseen 100 nm de diámetro total; sin embargo, el espacio a través del cual las substancias difunden libremente tiene sólo 9 nm de anchura, debido a la presencia de sistemas de regulación en el centro del poro. Este tamaño permite el libre pasaje de pequeñas moléculas solúveis en agua al tiempo que impide que moléculas de mayores dimensiones, como los ácidos nucleicos y proteínas entren o salgan de manera inapropriada. Estas moléculas mayores tendrán que ser transportadas para el interior del núcleo de manera activa. El núcleo de una típica célula de mamífero tiene cerca de 3000 a 4000 poros a través de todo su envelope,[19] con cada uno de ellos conteniendo una estructura anelar, de simetria octogonal, en el local donde las membranas interna y externa se funden.[20] Conectado a este anillo existe una estructura en forma de cesto que se extiende en dirección al nucleoplasma, y una serie de extensiones filamentosas que alcanzan el citoplasma. Ambas estructuras sirven para mediar la conexión la proteínas transportistas nucleares.[4]

La mayoría de las proteínas, subunidades ribossomais y algunos ARN son transportados a través de los complejos de poros en un proceso mediado por una familia de factores de transporte denominadas carioferinas. Estas carioferinas que medeiam el movimiento para el núcleo también son llamadas de importinas, mientras que aquellas que medeiam el movimiento para fuera del núcleo son llamadas de exportinas. La mayoría de las carioferinas interage directamente con su carga, a pesar de algunas usen proteínas adaptadoras.[21] hormonas esteróides como el cortisol y la aldosterona , tal como otras pequeñas soléculas lipossolúveis, envueltas en la sinalização intecelular, pueden difundirse a través de la membrana celular, para el citoplasma, donde se conectan a receptores nucleares que son transportados para el núcleo. Ya en el núcleo, sirven como factores de transcripción cuando juntos con el suyo conectando; en la ausencia del conectando, muchos receptores funcionan como desacetilases de histonas que reprimen la expresión genética.[4]

Nucléolo

Micrografia electrónica de un núcleo celular, mostrando un nucléolo con una coloração oscura.

El nucléolo es una estructura presente dentro del núcleo, nâo envolta por membrana. Por veces es clasificado como suborganelo. Se forma en vuelta de repeticiones de ADNr, ADN que codifica el ARN ribossomal (ARNr). Estas regiones son denominadas regiones organizadoras de nucléolo. El papel principal del nucléolo es lo de sintetizar ARNr y de formar los ribossomas. La cohesión estructural del nucléolo depende de su actividad, ya que la formación de ribossomas resulta en la asociación temporal de componente nucleolares, facilitando así más formación de ribossomas e inmediatamente una mayor asociación. Esta plantilla es soportada por observaciones de que la inactivação del ADNr resulta en la mezcla de componentes nucleolares.[22]

El primer paso en la formación del ribossoma es la transcripción del ADNr, efectuado por una proteína llamada RNA polimerase I, dando origen a un pre-ARNr precursor, de grandes dimensiones. Este es clivado en las subunidades 5.8S, 18S, y 28S del ARNr.[23] La transcripción, el procesamiento post-transcricional y la formación del ribossoma, ocurren en el nucléolo, auxiliado por moléculas de ARN nucleolar pequeño (snoRNA, en inglés), algunas de las cuales derivado de splicing de intrões de genes codificantes de ARN mensajero, relacionados con funciones ribossomais. Las subunidades ribossomais ya formadas son las estructuras de mayor dimensión que pasan por los poros nucleares.[4]

Cuando observado a través del microscópio electrónico, el nucléolo puede ser visto como siendo constituido por tres regiones distinguidas: una región interior (centro fibrilar), rodeada por el componente fibrilar denso, que por su parte es rodeado por el componente granular. La transcripción del ADNr ocurre en el centro fibrilar o en la frontera entre el centro fibrilar y el componente fibrilar denso. Cuando la transcripción de ADNr es aumentada, se verifica la detección de más centros fibrilares. La mayor parte de la clivagem y modificación del ARNr ocurre en el componente fibrilar denso, mientras que los pasos más tardíos, envolviendo la assemblagem de proteínas en subunidades ribossomais, ocurre en el centro granular.[23]

Otros cuerpos subnucleares

Tamaños de las estructuras subnucleares
Nombre de la estructura Diámetro de la estructura
Cuerpos de Cajal 0.2–2.0 µm[24]
PIKA 5 µm[25]
Cuerpos PML 0.2–1.0 µm[26]
Paraspeckles 0.2–1.0 µm[27]
Speckles 20–25 nm[25]

Más allá del nucléolo, el núcleo contiene un número de otros cuerpos no-membranares. Algunos de ellos son los cuerpos de Cajal, los gemelos de cuerpos enovelados (gemini of coiled bodies, en inglés). Dominios PIKA, cuerpos PML, acumulaciones de grânulos intercromatínicos (speckles) y paraspeckles. A pesar de poco saberse sobre algunos de estos dominios, estos son significantes por el hecho de mostrar que el nucleoplasma no es uniforme, pero sí que contiene varios subdomínios funcionales organizados.[26]

Otras estructuras subnucleares aparezcan como parte de procesos de enfermedades. Por ejemplo, fue ya reportada la presencia de pequeños bastões intranucleares en algunos casos de miopatia nemalínica.

Cuerpos de Cajal y gemelos

Un núcleo contiene típicamente entre una a diez estructuras denominadas cuerpos de Cajal o cuerpos enovelados, cuyo diámetro es de 0,2 µm y 2.0 µm, dependiendo del tipo de célula y de la especie.[24] Cuando visados al microscópio electrónico, se asemejan la novelos[25] y son densos focos de distribución para la proteína denominada coilina.[28] Estos cuerpos están envueltos en algunos papeis relacionados con el procesamiento del ARN, específicamente los pequeños ARN nucleolares (snoRNA), la maturação de los pequeños ARN nucleares (snRNA) y modificación del ARNm histónico.[24]

Similares a los cuerpos de Cajal son los gemelos de cuerpos enovelados, quiere en forma quiere en tamaño. Son virtualmente indistinguíveis bajo el microscópio electrónico.[28] En oposición a los cuerpos de Cajal, los gemelos no poseen pequeñas ribonucleoproteínas nucleares (snRNPs), pero contienen una proteína en inglés denominada survivor of motor neurons (SMN), cuya función está relacionada con la biogénese de las snRNP. Se supone que los gemelos asisten los cuerpos enovelados en la biogénese de las snRNP,[29] a pesar de también haber sido sugerido, de evidencias microscópicas, que los cuerpos enovelados los los gemelos de cuerpos enovelados son diferentes manifestaciones de la misma estructura.[28]

Dominios PIKA y PTF

Los dominios PIKA (del inglés, polymorphic interphase karyosomal la ssociations) fueron de entrada descubiertos en estudios de microscopia el año 1991. Sus funciones eran y permanecen poco claras, a pesar de no haber sido asociados con replicación activa de ADN, con la trasncrição y con el procesamiento del ARN.[30] Se descubrió que se asociaban con distinguidos dominios definidos por densas localizaciones del factor de transcripción PTF, que promueve la transcripción de snRNA .[31]

Cuerpos PML

Los cuerpos PML (del inglés, promyelocytic leukaemia) son cuerpos esféricos que se encuentran dispersos por todo el nucleoplasma, midiendo entre 0,2 y 1,0 µm. Otros nombres son: dominio nuclear 10, cuerpos Kremer y dominios oncogénicos PML. Son muchas veces vistos en el núcleo en asociación a cuerpos de Cajal y a cuerpos de clivagem. Fue sugerido que desempeñan un papel en la regulación de la transcripción.[26]

Paraspeckles

Descubiertos por Fox et al. en 2002, los paraspeckles son compartimientos de forma irregular que ocurren en el espacio intercromatínico[32] Fueron documentados por primera vez en células HeLa, donde existen en número de 10 a 30 por núcleo.[33] También se conoce su ocurrencia en células primarias humanas, en líneas celulares trnasformadas y en secciones de tejidos.[34]

Los paraspeckles son estructuras dinámicas que son alteradas en respuesta la cambios en la actividad metabólica celular. Son dependiente de transcripción[32] y en ausencia de transcripción por ARN Pol II estas estructuras desaparecen y todos sus componentes proteicos asociados (PSP1, p54nrb, PSP2, CFI(m)68 y PSF) forman una estructura en forma de creciente, en posición perinucleolar. Este fenómeno es demostrado durante el ciclo celular. Durante el ciclo celular, los paraspeckles están presentes durante la interfase y durante a toda la mitose , con excepción de la telofase. Durante la telofase, cuando los dos núcleos-hijo son formados, no existe transcripción por ARN polimerase II, de tal forma que los componentes proteicos forman una cobertura perinucleolar.[34]

Acumulaciones granulares intercromatínicos

Las acumulaciones granulares intercromatínicos o speckles (speckles de clivagem) son ricos en snRNPs de clivagem y en otras proteínas necesarias para el procesamiento del pre-ARNm. Porque la célula tiene necesidades variables, la composición y la localización de estos cuerpos cambia en función de la transcripción del ARNm y de la regulación vía fosforilação de proteínas específicas.[35]

Función

La principal función del núcleo celular es controlar la expresión genética y mediar la replicación del ADN durante el ciclo celular. El núcleo providencia el local para la transcripción, que está separado del local de la traducción, en el citoplasma. Esto permite un nivel de regulación genética que no está disponible en los procariotas.

Compartimentação celular

El envelope nuclear permite que el núcleo control su contenido, separándolo del resto del citoplasma cuando necesario. Es decir importante para lo controlo de los procesos de ambos lados de la membrana nuclear. En algunos casos, donde un proceso citoplasmático necesita de ser restringido, un componente llave es removido para el núcleo, donde interage con factores de transcripción que regulan la producción de ciertas enzimas en las vías metabólicas. Este mecanismo regulador ocurre en el caso de la glicólise, una vía metabólica que actúa para degradar la glucose para producir energía. La hexoquinase es una enzima responsable por el primer paso de la glicólise, formando glucose-6-fosfato a partir de la glucose. La altas concentraciones de frutose-6-fosfato , una proteína reguladora remueve la hexoquinase para el núcleo,[36] donde forma donde complejo transcricional repressor juntamente con proteínas nucleares, para reducir la expresión de genes envueltos en la glicólise.[37]

De manera a controlar cuáles genes son transcritos, la célula impide que algunos factores de transcripción, responsables por regular la expresión genética, de tener acceso al ADN, hasta que sean activados por otras vías de sinalização. Esto previene incluso niveles bajos de expresión genética inapropriada. Por ejemplo, en el caso de genes controlados por NF-κB, envueltos en la mayoría de las respuestas inflamatórias, la transcripción es inducida en respuesta a una vía de sinalização, como aquella que es iniciada por la molécula sinalizadora denominada TNF-α, que se conecta a un receptor en la membrana celular, resultando en el recrutamento de proteínas sinalizadoras y eventualmente en la activación del factor de transcripción NF-κB. Una señal de localización nuclear en la proteína NF-κB, permite que sea transportada a través del poro nuclear hasta al núcleo, donde estimula la transcripción de los genes-blanco.[5]

La compartimentação permite que la célula prevenga la traducción de mRNA que no sufrió splicing.[38] Lo mRNA eucariota contiene intrões que deben ser removidos antes que ocurra la traducción y den origen la proteínas funcionales. El splicing es efectuado dentro del núcleo antes del mRNA poder ser accedido por ribossomas para darse la traducción. Sin el núcleo, los ribossomas irían a traducir el mRNA recientemente transcrito (no procesado) en proteínas con malformações y no funcionales

Expresión genética

Archivo:RibosomaleTranskriptionsEinheit.jpg
Trascrição genética a transcurrir.

La expresión genética envuelve la transcripción , en la cual el ADN es usado como plantilla para la producción de ARN. En el caso de genes que codificam proteínas, el ARN producido por este proceso es el ARN mensajero, que después necesita de ser traducido por los ribossomas para formación de las proteínas. Como los ribossomas se localizan fuera del núcleo, el ARNm producido necesita de ser exportado.[39]

Una vez que el núcleo es el local de la transcripción, también contiene una variedad de proteínas que o hacen la mediación directa de la transcripción o están envueltos en regular el proceso. Estas proteínas incluyen las helicases que desenrolam la doble cinta de la molécula de la ADN, para facilitar a acceso a ella, la ARN-polimerase que sintetiza la molécula de ARN, la topoisomerase que cambia la cantidad de enrolamento en el ADN, así como una gran variedad de factores de transcripción que regulan la expresión genética.[40]

Procesamiento del pre-ARNm

Las moléculas recién creadas de ARNm son conocidas como transcritos primarios. Ellas tienen que sufrir modificación post-transcricional en el núcleo antes de ser exportadas para el citoplasma; el ARNm que aparece en el núcleo sin estas modificaciones es degradado en vez de traducido en proteínas. Las tres principales modificaciones son: inserción de una capa en la extremidad 5', poliadenilação en la extremidad 3', y splicing de ARN. Mientras en el núcleo, el pre-ARN está asociado con una variedad de proteínas, en complejos denominados partículas de ribonucleoproteínas heterogéneas (hnRPNs). La adición de la capa 5´ocurre co-transcricionalmente y es el primer paso en la modificación post-transcricional]]. La cauda múltiple de adenina en la extermidade 3' es sólo añadida después de la transcripción estar completa.

El splicing del ARN, llevado a cabo por un complejo denominado spliceossoma, es el proceso por el cual los intrões, o regiones del ADN que no codificam proteínas, son removidas del pre-ARNm y el remanescente exão es reconectado en una molécula continua. Este proceso normalmente ocurre después de la inserción de la capa 5' y de la poliadenilação 3', pero puede tener inicio antes de la síntesis estar completa en transcritos con muchos exões.[4] Muchos pre-ARNm, incluyendo aquellos que codificam anticorpos, pueden sufrir splicing de variadas formas, produciendo diferentes ARMm maduros que codificam proteínas con diferentes estructuras primarias. Este proceso es conocido con splicing alternativo y permite la producción de una gran variedad de proteínas a partir de una cantidad limitada de ADN.

Dinámica y regulación

Transporte nuclear

Macromoléculas, como el ARN y proteínas , son transportadas activamente a través de la membrana nuclear, en un proceso denominado ciclo Ran-GTP de transporte nuclear.

La entrada y salida de grandes moléculas del núcleo está íntimamente controlada por los complejos de poros nucleares. A pesar de pequeñas moléculas puedan entrar en el núcleo sin regulación,[41] macromoléculas como el ARN y proteínas requieren asociación con carioferinas denominadas importinas para entrar en el núcleo y exportinas para salir. Proteínas de carga que tienen que ser transferidas del citoplasma para el núcleo contienen señales de localización nuclear conectadas por las exportinas. La habilidad de las importinas y exportinas en transportar su carga es regulada por GTPases, enzimas que hidrolisam la molécula de guanosina trifosfato para liberar energía. La GTPase de mayor importancia envuelta en el transporte nuclear se denomina Ran, que puede conectarse la GTP o GDP, dependiendo se esté localizada en el núcleo o citoplasma. Mientras que las importinas dependen de RanGTP para se dissociarem de su carga, las exportinas requieren RanGTP para poderse conecte a su carga.[21]

La importación nuclear depende de la importina conectarse a su carga, en el citoplasma, y transportarla a través del poro nuclear hasta al núcleo. Dentro del núcleo, la RanGTP actúa para separar la carga de la importina, permitiendo que esta pueda salir del núcleo para ser reutilizada. La exportación nuclear es similar, siendo que la exportina se conecta a la carga dentro del núcleo, en un proceso facilitado por la RanGTP, saliendo después a través del poro nuclear, separando tras su carga en el citoplasma.

Proteínas de exportación, especializadas, existen para efectuar la transferencia de Arnm madura y ARNt para el citoplasma, después de la modificación post-transcripcional estar completa. Este mecanismo de controlo de calidad es importante debido al papel céntrico de estas moléculas en el proceso de traducción de las proteínas; una expresión errada de una proteína debido a la incompleta excisão de intrões o la incorrecta incomporação de aminoácidos, podrán tener efectos negativos para la célula; el ARN modificado de manera incompleta que llega al citoplasma es degradado en vez de ser utilizado en la traducción en proteínas.[4]

Agregação y desagregação

Archivo:Mitosis-flourescent.jpg
Imagen de célula del pulmón de un tritão, durante la metáfase , en la cual fue aplicado un corante fluorescente. El aparato mitótico puede ser visto, corado la verde, acumulación a los dos conjuntos de cromossomas que están corados la azul. Todos los cromossomas menos uno están en la placa metafásica.

Durante su ciclo de vida, el núcleo puede se desagregar, quiere en respuesta al proceso de división celular quiere como consecuencia de la apoptose, una forma de muerte celular programada. Durante estos eventos, los componentes estructurales del núcleo, el envelope y la cuchilla, son sistemáticamente degradados.

Durante el ciclo celular, la célula se divide para formar dos células. Para que este proceso sea posible, cada una de las células resultantes deberá poseer un conjunto completo de genes, un proceso que requiere la replicación de los cromossomas, así como la segregação en conjuntos separados. Esto ocurre por los cromossomas replicados, los cromatídeos hermanos, conectados a los microtúbulos, que por su parte están conectados la diferentes centrossomas. Los cromatídeos hermanos pueden entonces ser estirados para diferentes localizaciones en la célula. Sin embargo, en muchas células, el centrossoma está localizado en el citoplasma, fuera del núcleo, y los microtúbulos no pueden conectarse a los cromatídeos en la presencia de un envelope nuclear.[42] Por lo tanto, en los pasos iniciales del ciclo celular, comenzando en la prófase hasta cerca de la prometafase, la membrana nuclear es desmantelada.[8] Durante el mismo periodo, la cuchilla nuclear también es desagregada a través de un proceso regulado por fosforilação de las laminas.[43] Para el fin del ciclo celular, la membrana nuclear es nuevamente agregada, y por la misma altura la cuchilla nuclear también lo es, a través de la desfosforilação de las laminas.[43]

La apoptose es un proceso controlado, a través del cual los componentes estructurales de la célula son destruidos, resultando en la muerte de la célula. Los cambios asociados con la apoptose afectan directamente el núcleo y su contenido, por ejemplo, en la condensação de la cromatina y desintegración del envelope y cuchilla nucleares. La destrucción de la red de laminas y controlada por proteases especializadas, denominadas caspases, que hacen la clivagem de las laminas, comprometiendo de esa forma la integridad estructural del núcleo. La clivagem de las laminas es por veces usada como un indicador laboratorial de la actividad de caspases, en ensayos de actividad precoce de apoptose.[8] Células que expresan laminas resistentes la caspases son deficientes en los cambios nucleares relacionadas con la apoptose, sugiriendo que las laminas desempeñan un papel esencial en el inicio de los eventos que llevan a la degradación del núcleo por apoptose.[8] La propia inibição de la agregação de las laminas es un indutor de la apoptose.[44]

El envelope nuclear actúa como una barrera que previene que virus de ADN y ARN entren en el núcleo. Algunos virus requieren acceso la proteínas que existen dentro del núcleo de manera a poderse replicar o agreguen sus componentes. Los virus de ADN, como el herpes-virus, replican y se agregan en el núcleo celular, saliendo después por evaginação a través de la membrana nuclear interna. Este proceso es acompañado por la desagregação de la cuchilla de la faz nuclear de la membrana interna.[8]

Células anucleadas y polinucleadas

Los eritrócitos humanos, tal como los de otros mamíferos, carecen de núcleo. Este hecho forma parte del desarrollo normal de la célula.

A pesar de la mayoría de las células poseer un único núcleo, algunos tipos de células no poseen núcleo y otros poseen varios núcleos. Esto puede ser derivado de procesos normales, como lo de la maturação de los eritrócito de mamíferos, o ser resultado de divisiones celulares apenas sucedidas.

Las células anucleadas no poseen núcleo y por lo tanto son incapaces de dividirse para producción de descendência celular. El tipo de célula anucleada más conocida es el eritrócito de mamíferos, que también carece de otros organelos como la mitocôndria y sirve principalmente para el transporte de oxígeno de los pulmones para los tejidos celulares. Los eritrócitos sufren maturação a través del proceso denominado eritropoiese, que se da en la médula ósea y donde pierden el núcleo, organelos y ribossomas. El núcleo es expelido durante el proceso de diferenciação de un eritroblasto en un reticulócito, el precursor inmediato de los eritrócitos maduros.[45] La presencia de un agente mutagénicos podrá inducir la liberación de algunos eritrócitos "micronucleados" inmaduros.[46][47] Células anucleadas también pueden surgir de divisiones celulares apenas procesadas, en que una de las células-hijas no posee núcleo y la otra queda binucleada.

Las células polinucleadas poseen múltiples núcleos. La mayoría de las especies de protozoário de la clase Acantharea[48] y algunos fungos en micorrizas[49] poseen células polinucleadas. En humanos, las células del músculo esquelético, denominadas miócitos, se hacen multinucleadas durante su desarrollo; el arreglo de núcleos resultante, cerca de la periferia de las células, permite un máximo de espacio intracelular para las miofibrilhas.[4] Células multinucleadas también pueden ser anormais en humanos; por ejemplo, células que derivan de la fusión de monócitos y macrófagos , conocidas como células gigantes multinucleadas, por veces acompañan reacciones de inflamação[50] y también están envueltas en la formación de tumores.[51] ...

Evolución

Siendo la principal característica que define una célula eucariótica, el origen evolutiva del núcleo ha sido blanco de muchas especulaciones. Cuatro grandes teorías fueron propuestas para explicar la existencia del núcleo, a pesar de ninguna tener hasta ahora un apoyo ensanchado.[52]

La teoría conocida como plantilla sintrófico propone que una relación simbiótica entre las Archaea y las Bacteria habrá creado la célula eucariótica portadora de núcleo. Se formula que la simbiose se originó cuando Archaea primitivas, similares a la actuales Archaea metanogénicas, invadieron y pasaron a vivir dentro de bacterias similares a la actuales mixobactérias, eventualmente formando un núcleo primordial. Esta teoría es análoga a la teoría endoso sobre el origen de la mitocôndria eucariótica y del cloroplasto, que se piensa tengan se desarrollado a partir de una similar relación endossimbiótica entre un proto-eucariotas y bacterias aeróbias.[53] El origen del núcleo entre las Archaea es soportado por observaciones de que este grupo y los eucariotas poseen genes similares para determinadas proteínas, incluyendo las histonas. Las observación que muestran las mixobactérias como organismos móviles, que pueden formar complejos multicelulares y que poseen quinases y proteínas G similares a los Eukarya, soportan un origen bacteriana de la célula eucariótica.[54]

Una segunda plantilla propone que células proto-eucarióticas evolucionaron a partir de bacterias, sin estágios endossimbióticos. Esta plantilla es basada en la existencia de las bacterias del filo Planctomycetes, que poseen una estructura nuclear con poros primitivos y otras estructuras membranares compartimentadas.[55] Una plantilla similar propones que una célula semejante a la eucariótica, el cronócito, evolucionó de entrada, teniendo después fagocitado miembros de las Archaea y Bacteria , generando así el núcleo y la célula eucariótica. [56]

La plantilla más controverso, conocido como eucariogénese viral, propone que el núcleo compuesto de membranas, así como otras estructuras eucarióticas, se originaron a partir de la infección de un virus. La sugerencia es soportada por similaridades entre eucariotas y virus: cintas lineales de ADN y conexión fuerte la proteínas (analogía entre histonas y envelope viral). Una versión de la propuesta sugiere que el núcleo evolucionó al tiempo que la fagocitose , formando un predador celular primitivo.[57] Otra variante propone que los eucariotas son originários de Archaea primitivos, infectados con poxvirus, basada en las semejanzas entre la polimerase de ADN de modernos poxvirus y eucariotas.[58][59] Ha sido sugerido que la cuestión aún no resuelta de la evolución del sexo pueda estar conectada a la hipótesis de la eucariogénese viral.[60]

Finalmente, una propuesta reciente sugiere que variantes tradicionales de la teoría de la endossimbiose son insuficientemente robustas para explicar el origen del núcleo eucariótico. Esta plantilla, denominado "hipótesis exomembranar", sugiere que el núcleo se originó de una única célula ancestral que formó una segunda membrana celular externa; la membrana interior que envolvía la célula original se haría en la membrana nuclear, formando poros más complejos al largo del tiempo, permitiendo el pasaje de componentes celulares sintetizados internamente como las subunidades ribossomais.[61]

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