Celula, Estructura y Funcion, TEXTO

CÉLULA, ESTRUCTURA Y FUNCION

Dra. en C. Martha Leticia Ornelas-AranaEst. Carolina Pérez-OrnelasDr. en C. Guillermo Pérez-García

Laboratorio de Bioquímica, DBMG, CUCS, UDGServicio de Genética, Hospital Civil “Fray Antonio Alcalde”Cuerpo Académico UDG-CA-80 Enfermedades Metabólicas

Laboratorio de Bioquímica. Departamento de Biología Molecular y Genómica, CUCS, Universidad de Guadalajara.Servicio de Genética. Hospital Civil de Guadalajara “Fray Antonio Alcalde”. Guadalajara, Jalisco, México. Septiembre 2009.

Ornelas-Arana ML. et al. Célula, Estructura y Función. Citogenética Básica.

CÉLULA, ESTRUCTURA Y FUNCIÓN Martha Leticia Ornelas-Arana, Carolina Pérez-Ornelas, Guillermo Pérez-García

La palabra “célula” fue utilizada en el sentido biológico hace aproximadamente 300 años. Robert Hooke, utilizando un microscopio de su propia construcción, se dio cuenta que el corcho y los tejidos vegetales de otras plantas, estaban formados de pequeñas cavidades separadas por paredes denominándolas como “cella”, que en latín significa celda. En 1838, Matthias Schleiden, llegó a la conclusión de que todos los tejidos vegetales estaban formados por células. En el siguiente año, Theodor Schwann, extendió las observaciones de Schleiden a los tejidos animales y propuso la base celular para todas las formas vivientes. La célula es considerada como una unidad estructural y funcional fundamental, reproductora, viviente, que contiene subestructuras u organelos (Figura 1). Desde el punto de vista de complejidad bioquímico-morfológico se reconocen dos tipos generales de células: procariotas y eucariotas. Las procariotas son células relativamente simples, que llevan a cabo sus procesos metabólicos en su citoplasma y en consecuencia no presentan sus funciones compartamentalizadas en organelos, ejemplos de éstas células son las bacterias y espiroquetas, las algas verdeazules (reino monera), así como micoplasmas (parte del reino fungi). Las células eucariotes presentan compartimientos con funciones definidas, denominados organelos, limitados en su mayoría por membranas, aunque existen procesos metabólicos que ocurren en la matriz celular; éstas células están presentes en todos los organismos superiores, vegetales y animales, en hongos, protozoarios y la mayoría de las algas. Se ha estimado que ser humano tiene 1014 células.

Membranacelular

Lisosoma

Centriolo

Peroxisomas

Nucleolo

Vesículas

Núcleo

Polisomas

Aparato deGolgi

Microtúbulos y microfilamentosMitocondria

Retículo endoplásmicoliso

Retículo endoplásmicorugoso

Figura 1. Estructura general de la célula de mamíferos



Membrana celular Está formada por una bicapa de fosfolípidos y proteínas globulares (incluidas en la membrana). Los principales fosfolípidos localizados en las membranas celulares son: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilinositol y fosfatidilserina; también existen ciertos lípidos neutros como el colesterol. Las proteínas globulares se localizan en la superficie de una u otra de las capas (proteínas extrínsecas), otras pueden atravesar total o parcialmente la membrana (proteínas intrínsecas). Las proteínas se desplazan bidimensionalmente en la bicapa lipídica, aunque algunas permanecen ancladas al citoesqueleto y funcionan como acarreadoras de moléculas a través de la membrana, o como receptores para ciertas hormonas, entre otras funciones (Figuras 2 y 3).

La membrana celular también presenta carbohidratos localizados en la superficie externa de la membrana, unidos a proteínas (glucoproteínas) o lípidos (glucolípidos). La capa formada en la superficie celular por dichos carbohidratos, recibe el nombre de glucocálix.

Fosfolípidos

Bicapa de fosfolípidos

Membranacelular

Colesterol

Carbohidratos

Intracelular

Extracelular

Proteínas periféricas

Proteínaintegral

Figura 2. Estructura de la membrana celular

Este modelo de membrana fue propuesto por Singer y Nicolson en 1972, al cual denominaron modelo de mosaico fluido. Este modelo de membrana también lo presentan todos los organelos a excepción de los ribosomas. Es importante señalar que el porcentaje y tipo de fosfolípidos, colesterol, proteínas y carbohidratos presentes en las membranas, es distinto para cada organelo y membrana celular, también existen diferencias entre tejidos y de acuerdo a la función que realizan.



Bicapa de fosfolípidos

Fosfolípidos

Proteínaintegral

Carbohidratos

Intracelular

Extracelular

Proteínaperiférica

Membranacelular

Colesterol

Figura 3. Estructura tridimensional de la membrana celular

Mitocondria Generalmente hay de 1 a 1000 mitocondrias por célula, según su naturaleza y función. Habitualmente tienen forma elipsoide, filamentosa o esférica. En algunas células, las mitocondrias permanecen fijas, mientras que en otras se mueven o navegan por todo el citoplasma. Respecto a su origen evolutivo, se considera que hace aproximadamente uno o dos mil millones de años, cuando la tierra tenía escaso oxígeno, una célula primitiva anaeróbica se tragó a una bacteria más pequeña con la capacidad de respirar (síntesis de ATP), que al no ser eliminada, se desarrolló una simbiosis, que se supone, evolucionó hasta la célula actual. La mitocondria tiene una membrana externa y otra interna, como consecuencia hace que se distingan dos espacios: el intermembranoso y la matriz (Figura 4). Posiblemente debido a que las mitocondrias son descendientes de bacterias que vivían libremente, tiene su propio material genético y la maquinaria para expresarlo (DNA, RNAm, RNAt, RNAr y ribosomas. La principal función de la mitocondria es sintetizar ATP a través de la cadena respiratoria y fosforilación oxidativa. Las moléculas que forman parte de la cadena respiratoria se localizan en la membrana interna y la ATPasa también se localiza en la membrana interna (Figura 5). Una célula hepática típica, contiene desde 800 a más de 2500 mitocondrias, que ocupan más del 20% del volumen de la célula. Mientras que en un espermatozoide hay de 10 a 12 mitocondrias.

Lisosoma Es una vesícula rodeadas por una membrana del tipo del mosaico fluido, está

constituida al menos por 50 enzimas hidrolíticas (proteasas, nucleasas, glucosidasas, arilsulfatasas, lipasas, fosfolipasas y fosfatasas) (Figura 6).



La función del lisosoma en la célula es la de destruir las partículas (bacterias, virus, etc.) fagocitadas a través de sus enzimas hidrolasas ácidas. Cuando la célula fagocita, se forma una vesícula en el citoplasma, posteriormente el lisosoma se fusiona con la vesícula endocitada y se le llama fagolisosoma, de esta forma las enzimas lisosomales destruyen las partículas o bacterias endocitadas. El residuo de la digestión es exocitado como producto de excreción o permanece como cuerpo residual (Figura 7).

Espacio intermembranoso

Matriz

Genes mitocondriales

2 ARNr

22 ARNt

13 ARNm

12S 16S

Citocromo oxidasa C subunidad I Citocromo oxidasa C subunidad II Citocromo oxidasa C subunidad III ATPasa subunidad 6 ATPasa subunidad 8 Citocromo b NADH deshidrogenasas ( ND1, ND2, ND3, ND4, ND4L, ND5, ND6 )

ADN mitocondrial 16,569 pb

Membrana mitocondrial externa

Membrana mitocondrial interna

Figura 4. Estructura de la mitocondria y DNA mitocondrial

Reconocimiento de las enzimas lisosomales Las enzimas que entran al lisosoma para ser reconocidas por el receptor localizado en la membrana lisosomal deben tener cierto tipo de características bioquímicas. Las enzimas lisosomales que pueden entrar a la célula por pinocitosis son fosfoglucoproteínas.



Más específicamente, un fosfomonoéster de manosa parece ser el marcador de reconocimiento para muchas enzimas lisosomales (Figura 8).

Membranamitocondrial

interna

matrizmitocondrial

Espaciointermembranoso

FMNH2

NADH + H+

2H+

2H+

2H+

2H+ 2H+

2H+

QH+

QH+

Q

1 +/ O + 2H2 2

H O2

NAD+

FeS

FeS b

Fo

F1

ADP + P1

QH2

ATP

1cc

a

a3 bCu

ND1ND2

ND3

ND4

ND4L

ND5

ND6

CoQCit b

Cit c

Cox I

Cox II

Cox III A6

A8

Complejo I

Matriz

2H+

2H+2H+

2H+

2H+

Espaciointermembranoso

Succinato Fumarato

Complejo II Complejo III

H 02

Complejo IV

O2

Complejo VNo de subunidadescodificadas por elDNA mitocondrial 7 0 1 3 2

No de subunidadescodificadas por elDNA nuclear ~39 4 10 10 ~14

ADP ATP

Figura 5. Las enzimas y moléculas que participan en la cadena respiratoria y fosforilación oxidativa se localizan en la membrana mitocondrial interna.

Dos enzimas están involucradas en la generación del monosacárido fosfomanosil en las hidrolasas ácidas lisosomales que sirven como marcadores de reconocimiento específico para captar estas enzimas por los lisosomas: la enzima, N-acetilglucosamina-1-fosfotransferasa (GlcNAc-1-P transferasa; GNPTA) y la enzima acetilglucosaminil



fosfodiesterasa. La enzima GlcNAc-1-P transferasa une una molécula de N-acetilglucosamina-1-P al monosacárido manosa de múltiples enzimas lisosomales. La diesterasa expone el marcador manosa-6-P.

El receptor para las enzimas lisosomales necesario para la transferencia de las enzimas a los lisosomas esta presente en todos los tejidos.

Génesis de los lisosomas Los lisosomas primarios se originan de vesículas que se desprenden del aparato de

Golgi. La función de los lisosomas es degradar material endocitado por fagocitosis o pinocitosis.

Lisosoma

Enzimaslisosomales

Figura 6. Estructura del lisosoma

Lisosoma

Fagolisosoma

Vesículas

Figura 6. Participación de los lisosomas en la fagocitosis



Célula

-GlcNAc-1-P

enzima manosa GlcNAc-1-P transferasa

E M

receptor para enzimas lisosomales

lisosoma

Lisosoma

Figura 8. Reconocimiento de las enzimas lisosomales mediante receptores de membrana

Ribosomas Los ribosomas son organelos no membranosos. Están formados por dos subunidades

que se reconocen como la subunidad menor y la mayor. En los ribosomas de los eucariotes la subunidad menor es la 40S, la subunidad mayor la 60S y el ribosoma es 80S. En los procariotes la subunidad menor es la 30S, la mayor 50S y el ribosoma es 70S (Figura 9). El ribosoma de las bacterias se divide en dos dominios, el dominio traduccional y el dominio de salida y se reconocen varios centros activos. En la subunidad 30S se une el RNAm y el complejo factor de iniciación iniciador-tRNA, posteriormente se une a la subunidad 50S. El ribosoma 70S tiene los sitios A y P donde se une el RNAt. La peptidil transferasa se localiza en la subunidad 50S. El sitio EF-G, responsable de la translocación



del ribosoma se localiza en la subunidad 50S. En el dominio de salida se localiza el sitio de salida, en la subunidad 50S, este sitio de salida sirve para unir el ribosoma a la membrana del RER y es también el sitio por donde sale la proteína recién sintetizada y entra a través de la membrana hasta la luz del RER (Figura 10).

Los ribosomas están formados por proteínas ribosomales y RNA ribosomal (RNAr) (Tabla 1). Las subunidades del ribosoma se sintetizan en el nucleolo y llegan al citoplasma a través de los poros nucleares.

La función de los ribosomas es la síntesis de proteínas (traducción). Los ribosomas que se localizan en el retículo endoplásmico rugoso sintetizan proteínas de exportación, en cambio, los ribosomas del citoplasma (polirribosomas o polisomas) sintetizan proteínas para la propia célula y los ribosomas de las mitocondrias sintetizan proteínas codificadas por los genes mitocondriales para la mitocondria. Los ribosomas también se localizan en la membrana nuclear externa.

Eucariotes Procariotes

40S30S

60S 50S

80S 70S

Figura 9. Subunidades de los ribosomas de eucariotes y procariotes

Tabla 1. Estructura de los ribosomas Ribosomas Subunidades Tipos de

RNAr Número de proteínas

Mamíferos 80S 60% RNA

40S

60S

18S

28S 5.8S 5S

33

49

Bacterias 70S 66% RNA

30S

50S

16S

23S 5S

21

31



Retículo endoplásmico rugoso El retículo endoplásmico rugoso (RER) es una estructura membranosa formada por cisternas interconectadas entre si, la membrana es del tipo del modelo del mosaico fluido. Contiene ribosomas, lo que le da el aspecto “rugoso” cuando se observa con el microscopio electrónico (Figura 11). El RER es continuación de la membrana nuclear externa. El RER en la superficie de la membrana contiene un receptor que se une a la subunidad mayor del ribosoma y un poro adyacente que permite que la proteína recién sintetizada entre al lumen del RER. La función del RER es la síntesis de proteínas de exportación. Las proteínas sintetizadas sufren cambios en su estructura (modificaciones postraducción) que consisten en la adición de carbohidratos y/o cortes en la estructura de la molécula por enzimas específicas. Estas modificaciones hacen que una proteína inmadura (no funcional) se convierta en una proteína madura (funcional). El proceso de maduración de la proteína ocurre en el RER y en las vesículas que se desprenden para fusionarse con el aparato de Golgi, donde continúa la maduración de la proteína.

Domino traduccional

Centros activos del ribosoma 70S

Domino de salida

Sitio desalida

Siti

oP

Siti

oA

Peptidiltransferasa

SitioRNAm

SitioEF-G

SitioEF-Tu

MembranaRER

Citoplasma

Luz del RER

Poro parala entrada de

preínas

Figura 10. Centros activos de los ribosomas de bacterias 70S



60S

40S

UAC

Met

Met

Fen

Ser

Asn

Tre

Met

Fen

SerAsn

Tre

Leu

Gli

Ser

His

Tre

-CGG-GGC-CGG-AUG-ACG-UUU-AACUAA-AAC

Retículo endoplásmico rugoso

RNAm

Ribosomas

RNAt

UAC

Met

U GC

Tre

Cadena polipeptídica

3’5’

N-terminal

C-terminal

Met

Fen

SerAsn

Tre

Leu

Gli

Ser

His

Tre

N-terminal

C-terminal

Met

Fen

SerAsn

Tre

Leu

Gli

Ser

His

Tre

N-terminal

C-terminal

Met

Fen

SerAsn

Tre

Leu

Gli

Ser

His

Tre

N-terminal

C-terminal

Figura 11. Biosíntesis de proteínas en el retículo endoplásmico rugoso

Aparato de Golgi El aparato de Golgi (AG) o complejo de Golgi, recibe este nombre por el biólogo celular italiano Conde Camilo Golgi, que lo describió por primera vez en 1898. Está formado por vesículas membranosas relativamente grandes y aplanadas, tiene una estructura en forma de “C”, no contiene ribosomas (Figura 12). La función del AG es la continuación de la maduración de las proteínas sintetizadas en el RER. El AG tiene dos extremos, el “cis” y el “trans”. Al extremo “cis” llegan las vesículas que se formaron en el RER y se fusionan con la membrana del AG. Las proteínas entran y continúan el proceso de maduración. Las vesículas se forman y fusionan en las distintas membranas del AG, hasta que finalmente se desprenden del AG y las vesículas se fusionan con la membrana celular, expulsando las proteínas maduras al espacio extracelular (exocitosis).



Aparato de Golgi

Cis

Trans

Vesículas que derivan delretículo endoplásmico rugoso

VesículasVesículas

Vesículasque se fusionarán conla membrna plasmática

Membranacelular

IntracelularExtracelular

Secreción deproteínasmaduras

Vesículas

Figura 12. Estructura del aparato de Golgi, también llamado complejo de Golgi. Participa en la maduración de proteínas.

Retículo endoplásmico liso El retículo endoplásmico liso (REL) está formado por una serie de vesículas fusionadas unas con otras, semejante al RER, sin embargo el REL no contiene ribosomas, lo que le da el aspecto “liso” cuando se observa al microscopio electrónico. El REL es continuación del RER. La función del REL es la síntesis de lípidos, ya que en este organelo se encuentran algunas enzimas que participan en la síntesis de triglicéridos, colesterol o de hormonas esteroides. Participa también en el metabolismo de carbohidratos en el hepatocito ya que la enzima glucosa-6-fosfatasa que convierte la glucosa-P a glucosa se encuentra en el REL. Participa en la degradación de barbituratos o del alcohol ya que en su superficie se localiza el citocromo P450 que participa en el metabolismo de medicamentos. En la célula de Leydig que se encuentra en el testículo, se sintetiza la testosterona. El inicio de la síntesis de testosterona es a partir del colesterol. El colesterol entra a la mitocondria donde es convertido a pregnenolona por la enzima mitocondrial P450scc. La pregnenolona sale de la mitocondria y entra al REL donde las enzimas convierten la pregnenolona a testosterona (Figura 13).

Peroxisomas Son organelos esféricos u ovoides que se autorreplican, en las células de algunas especies, cuando se observan al microscopio electrónico, tienen un centro denso de depósitos cristalinos (Figura 14). Están muy asociados con el retículo endoplásmico. Las funciones mas importantes de los peroxisomas incluyen la beta oxidación de ácidos grasos



de cadena muy larga y sustancias relacionadas (proveen acetil-CoA para las reacciones de síntesis) y también para la síntesis de lípidos (especialmente los fosfolípidos del sistema nervioso central, corazón y el músculo, como los plasmalógenos), el colesterol y los ácidos biliares. Muchas reacciones oxígeno-dependientes también ocurren en los peroxisomas para proteger a la célula de los radicales de oxígeno, el H2O2 que se produce es metabolizado por una catalasa.

LH

AMPc

P450sccactivo

P450scc

ATP

Colesterol

Pregnenolona

Célula de Leydig

Mitocondria

AC

RL

H Pregnenolona

17-hidroxipregnenolona17-hidroxiprogesterona

Androstenediona

Testosterona

Testosterona

Dehidroepiandrosterona (DHEA)

Progesterona

2

34

1

6

910

19

5

A

A

A

A

B

B

B

B

O

O

O

O

C O

O

OH

CH3

C

C

D

D

7

8

1112

13

14 15

1617

18

B

C O

CH3

C D

A

O

OH

OH

C

C

D

D

A B

HO

C O

CH3

C D

A B

HO

OH

C O

CH3

C D

3- -HSD II(

3- -HSD II(

3- -HSD II(

17- -HSD(

Retículo endoplásmico liso

17- -Hidroxilasa(

17- -Hidroxilasa( 17- -Hidroxilasa(

17- -Hidroxilasa(

Síntesis de andrógenos en el testículo

Figura 13. Biosíntesis de hormonas esteroides (andrógenos) en el retículo endoplásmico liso de la célula de Leydig. Microtúbulos Los microtúbulos son organelos huecos, semirígidos, cilíndricos que semejan “popotes” al microscopio electrónico. De un diámetro uniforme (25 nm), no son ramificados y de longitud extremadamente variable. Se encuentran en todas las células, pero son especialmente abundantes en las neuronas, plaquetas, leucocitos y en las células que se dividen. Son los principales constituyentes de los flagelos y centriolos. Proveen la fuerza mecánica y forma de la célula como parte del citoesqueleto. Se encargan del transporte intracelular de los organelos (como las mitocondrias o vesículas citoplámicas), del movimiento de los cilios y flagelos y de la citocinesis durante la división celular. No tienen membrana, sus paredes se componen de polímeros lineales (protofilamentos) de la proteína globular llamada tubulina. Los 13 protofilamentos en cada microtúbulo están formados por subunidades alfa y beta alternas que dan lugar a un diseño helicoidal de heterodímeros de tubulina en la pared cilíndrica. Están en constante elongación por polimerización y acortamiento por despolimerización. Los microtúbulos interactúan con otras proteínas asociadas a los microtúbulos, que modulan su estabilidad, ensamblaje y



desensamblaje. Dos proteínas motor de los microtúbulos, la kinesina y la dineina se mueven a lo largo del microtúbulo. La kinesina hacia el extremo más y la dineina hacia el extremo menos. Los microtúbulos se originan de un centro organizador de microtúbulos llamado centrosoma (Figura 15).

Membranacelular

Intracelular

Peroxisomas

Extracelular

H O2 2

H O2

Catalasa

H O2 2

H O2

Catalasa

Beta oxidación deácidos grasos de cadena

muy larga

Beta oxidación deácidos grasos de cadena

muy larga

Metabolismo deácidos biliares

Metabolismo deácidos biliares

Metabolismo delácido oxálico

Metabolismo delácido oxálico

Metabolismo deletanol

Metabolismo deletanol

Síntesis de plasmalógenos

Síntesis de plasmalógenos

Figura 14. Los peroxisomas son estructuras esféricas que llevan a cabo el metabolismo de ácidos grasos de cadena muy larga, de ácidos biliares, alcohol, ácido oxálico y otros metabolitos. Filamentos El citoesqueleto de la mayoría de las células está formado por los microtúbulos y dos tipos de filamentos llamados intermedios y filamentos de actina. Estos organelos varían en diámetro, distribución, contenido de proteínas y propiedades mecánicas. Los filamentos intermedios, de 8-12 nm de diámetro, forman grupos ondulantes en una ramificación tridimensional. Están formados por una familia heterogénea de proteínas filamentos intermedios. Proveen principalmente soporte mecánico a la célula, son flexibles pero previenen de un estiramiento excesivo, interactúan con los filamentos de actina y los microtúbulos. Hay seis clases distintas de filamentos intermedios, con 50 genes que los codifican. Diferentes tipos de células expresan tipos específicos de filamentos intermedios. Las láminas nucleares, son las más ampliamente distribuidas, refuerzan la membrana nuclear interna y ayudan en la organización de la arquitectura cromosómica en interfase.



Otros filamentos intermedios son: queratina, desmina, vimentina, neurofilamentos, filamentos gliales.

Los filamentos de actina, también llamados filamentos delgados o microfilamentos, tienen función de citoesqueleto y de movimiento. Con diámetros de 6 a 8 nm, están formados por la proteína fibrosa, actina. Son flexibles y resisten la deformación y transmiten la fuerza. Contribuyen al movimiento celular e interactúan con los filamentos gruesos (miosina) en las células musculares durante la contracción. Están dispersos en el citoplasma de las células no musculares y forman haces lineales. Se encuentran en las microvellosidades o justo entre la membrana plasmática, determinan la forma de la superficie celular y contribuyen a la locomoción celular, la citocinesis y la fagocitosis.

Centrosoma

Microtúbulos

Figura 15. Los microtúbulos se originan del centrosoma

Centrosoma y centriolos El centrosoma es el principal centro organizador de microtúbulos y es el sitio para la formación de nuevos microtúbulos y las fibras del huso mitótico. Generalmente está cercano al núcleo y rodeado del aparato de Golgi. El centrosoma esta formado por un par de centriolos (el diplosoma), que se encuentran orientados en ángulo recto u oblicuo uno a otro. Cada centriolo es un cilindro corto de 200 nm de diámetro y 500 a 700 nm de longitud (Figura 16). Cada anillo consiste de nueve tripletes fusionados de microtúbulos. En muchas células los microtúbulos irradian del centrosoma en forma de estrella y contribuyen para dar forma a la célula. Durante la mitosis los centriolos se separan y migran a polos opuestos de la célula y es el foco para la síntesis de microtúbulos necesarios para el movimiento de los cromosomas.



Núcleo Nucleolo

Centrosoma

Centriolo Centriolo

Centrosoma

Figura 16. El centrosoma está formado por un par de centriolos, es el sitio generador de microtúbulos

Núcleo Es la estructura más grande en la célula que contiene el material genético. La forma

del núcleo es variable, puede ser esférico, ovoide o lobulado (como en los polimorfonucleares). La mayoría de las células tienen un núcleo, sin embargo, algunas células pueden ser binucleadas (hepatocito), otras multinucleadas (como el osteoclasto o las fibras musculares). El núcleo esta formado por el nucleolo, la cromatina, la matriz nuclear y la cubierta nuclear (Figura 17).

El nucleolo es una área densa, ovoide (no mayor de 1mm de diámetro) no rodeada de membrana (Figura 18). Su tamaño y número depende de la actividad funcional de la célula. El nucleolo es el sitio de transcripción del RNAr y producción de las subunidades de los ribosomas. El nucleolo contiene grandes cantidades de RNA motivo por el cual es intensamente basofílico y se tiñe con el colorante hematoxilina. El nucleolo muestra dos áreas, la parte granulosa (región periférica nucleolar) y la parte fibrosa (región central del nucleolo). La parte granulosa es el sitio de ensamblaje de RNAr y proteínas ribosomales para formar las subunidades del ribosoma, una vez formadas, salen del núcleo a través de los poros nucleares. La parte fibrosa consiste en filamentos finos, genes de RNAr y factores de transcripción.

La cromatina, esta formada por DNA, proteínas histonas (principalmente), proteínas no histonas y RNA. La cromatina tiene gran afinidad por el colorante básico hematoxilina. La cromatina nuclear existe en dos formas: la eucromatina y la heterocromatina. La eucromatina, que se tiñe más pálido que la heterocromatina, es transcripcionalmente activa y es prominente en las células que sintetizan proteínas. La heterocromatina es transcripcionalmente inactiva



Núcleo NucleoloPoro nuclear

Membrana nuclearexterna Membrana nuclear

interna

Espacioperinuclear

Ribosoma

CromatinaEucromatina

Heterocromatina

Figura 17. Estructura del núcleo

La matriz nuclear es el área semejante a una esponja, situada entre la cromatina y el nucleolo, es rica en proteínas no histonas, también contiene filamentos intermedios como las láminas nucleares, la mayoría de las cuales se adhieren a la parte interna de la membrana nuclear interna.

La cubierta nuclear, encierra y separa el contenido nuclear del citoplasma en las células en interfase. Esta formada por dos membranas, separadas por un espacio estrecho (10-70 nm) llamado espacio perinuclear (cisterna). La membrana nuclear externa tiene ribosomas y es continuación del RER, el espacio perinuclear es continuo con la luz del RER. La membrana nuclear interna no tiene ribosomas y está en contacto con la heterocromatina.

El complejo poro nuclear

La membrana nuclear externa e interna se unen en algunos sitios formando una estructura llamada, complejo poro nuclear. En el centro de cada complejo hay un poro que provee de un canal hidrosoluble entre el núcleo y el citoplasma (Figura 19). Hay aproximadamente 3,000 complejos poro nuclear por núcleo en las células de mamíferos. Las proteínas que necesitan pasar del citoplasma al núcleo entran a través del complejo poro nuclear. Todos los RNA (RNAm, RNAt, RNAr y otros RNA pequeños) son sintetizados en el núcleo y pasan al citoplasma a través del complejo poro nuclear. Los



poros nucleares son utilizados para importar y exportar moléculas. El complejo visto al microscopio electrónico parece una estructura en roseta, de ocho unidades simétricas y una central.

Núcleo Nucleolo

Nucleolo

Célula

Parte granulosaFormación de las subunidades

del ribosoma (40S y 60S)

Subunidad 60S Subunidad 40S

Parte fibrosaGenes RNAr, Filamentos finosFactores de transcripción

40S

40S

40S

40S

40S

40S

60S

60S

60S

60S

60S

60S

Figura 18. Estructura del nucleolo

Poro nuclear

Núcleo

Célula

Figura 19. El poro nuclear La capacidad de una molécula para pasar libremente por el poro nuclear depende de su tamaño. Las moléculas <5 kD pasan libremente el poro nuclear, motivo por el cual se ha concluido que los iones, nucleótidos y otra moléculas pequeñas son permeables y entran libremente a través del poro. Las proteínas entre 5-50 kD difunden en una proporción inversamente proporcional a su tamaño, por lo que se ha concluido que las proteínas pequeñas pueden entrar al núcleo por difusión pasiva (pero también pudieran entrar por transporte activo). Las proteínas >50 kD no entran al núcleo por difusión pasiva, requieren de un mecanismo de transporte activo para que entren al núcleo. Un ejemplo de una proteína grande que necesita entrar a través del poro nuclear es la proteína wernerina (WRNp) que se encuentra mutada en los pacientes con un tipo de envejecimiento prematuro llamado síndrome Werner (Figura 20). El gen WRN codifica para la proteína de 1432 aminoácidos denominada WRNp. En el extremo C-terminal de la WRNp se encuentra

una región denominada NLS o señal de localización nuclear, que es necesaria para que la proteína sea importada al núcleo. La proteína WRNp en el citoplasma se tiene que unir a un grupo de proteínas denominadas importinas. El complejo importinas-WRNp entra al núcleo a través del poro nuclear. Dentro del núcleo, la proteína se localiza en el nucléolo. La función normal de la WRNp no se conoce. Podría funcionar para desenrollar el DNA durante la replicación, reparación, transcripción o cualquier otra función del DNA que se requiera para desenrollar la cadena. La WRNp interactúa con otras proteínas involucradas en el metabolismo del DNA, incluyendo proteínas relacionadas con el metabolismo del telómero. La WRNp en conjunto con la proteína ligadora de telómero (TRF2) y la proteína de replicación A (RPA) podrían facilitar el desenrollamiento de segmentos largos teloméricos.

Gen WRN 8p12-p11.2

Efectos metabólicos

Membrana nuclearinterna

Membrana nuclearexterna

Cisterna

ARNm WRN

Proteína WRNp1432 aa

Sistema de importación

nuclear

WRNp

La WRNp a través del dominioNLS se une a las importinas

y es importada al núcleo

RAN GTP

RAN GTP

Importina 0

0

Importina 0

00

0

0

0

0

0

5’ 5’

3’3’RNasa

Helicasa

NLS

WRNp

WRNp

DNA

DNA Helicasa (WRNp)Sistema de reparación del DNAIniciación de la replicación del DNAMetabolismo del DNA que implique la helicasa

HRDC

0

0

Poronuclear

Figura 20. La proteína WRNp tiene varios dominios que son importantes para el funcionamiento adecuado. La WRNp se localiza en el núcleo y más específicamente se ha encontrado en el nucléolo. Uno de los dominios es denominado NLS “señal de localización nuclear” es necesario para que la WRNp pueda ser importada al núcleo por las proteínas importadoras, probablemente las importinas, a través del poro nuclear.

Ornelas-Arana ML. et al. Célula, Estructura y Función. Citogenética Básica.Ornelas-Arana ML. et al. Célula, Estructura y Función. Citogenética Básica.


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