Ncleo celularEn biologia celular, el ncleo celular, (del Latn nucleus o nuculeus, corazn de una fruta ) es un orgnulo membranoso que se encuentra en las clulas eucariotas. Contiene la mayor parte del material gentico celular, organizado en mltiples molculas lineales de ADN de gran longitud formando complejos con una gran variedad de proteinas como las histonas para formar los cromosomas. El conjunto de genes de esos cromosomas son el genoma nuclear. La funcin del ncleo es mantener la integridad de esos genes y controlar las actividades celulares regulando la expresin gnica. Por ello se dice que el ncle es el centro de control de la clula. Las principales estructuras que constituyen el ncleo son la envoltura nuclear, una doble membrana que rodea completamente al orgnulo y separa su contenido del citoplasma, y la lmina nuclear, una trama por debajo de ella que le proporciona soporte mecnico de forma semejante a cmo el citoesqueleto soporta al resto de la clula. Puesto que la envoltura nuclear es impermeable a la mayor parte de las molculas, los poros nucleares, que cruzan las dos membranas que la forman, son necesarios para permitir el paso de molculas a su travs. Los poros permiten el trnsito de pequeas molculas, como los iones, pero el movimiento de molculas mayores, como las protenas est cuidadosamente controlado, requiriendo un trasporte activo regulado por protenas transportadoras. El transporte nuclear es crucial para la funcin celular, puesto que se necesita el paso a travs de estos poros para la expresin gnica y el mantenimiento cromosmico. Aunque el interior del ncleo no contiene ningn subcompartimento membranoso, su contenido no es uniferme, existiendo una cierta cantidad de cuerpos subnucleares compuestos por tipos exclusivos de protenas, molculas de ARN y segmentos particulares de los cromosomas. El mejor conocido de todos ellos es el nucleolo, que principalmente est implicado en la sntesis de los ribosomas. Tras ser producidos en el nucleolo, stos se exportan al citoplasma, donde traducen el mRNA.

EstructurasEl ncleo es el orgnulo de mayor tamao en clulas animales.[5] En las clulas de mamfero, el dimetro promedio del ncleo es de aproximadamente 6 micrmetros (m), lo cual ocupa aproximadamente el 10% del total del volmen celular.[6] El lquido viscoso de su interior se denomina nucleoplasma, y su composicin es similar a la que se encuentra en el citosol del exterior del ncleo.[7] Tiene un aspecto e un orgnulo denso y esfrico a grandes rasgos.

Envoltura nuclear y porosPoro nuclearLa envoltura nuclear, tambin conocida como membrana nuclear se compone de dos mebranas, una interna y otra externa, dispuestas en paralelo la una sobre la otra con una separacin de 10 a 50 nanmetros (nm). La envoltura nuclear rodea completamente al ncleo y separa el material gentico celular del citoplasma circundante, sirviendo como barrera que evita que las macromolculas difundan libremente entre el nucleoplasma y el citoplasma.[8] La membrana nuclear externa es contnua con la membrana del retculo endoplsmico rugoso (RER), y est igualmente tachonada de ribosomas. El espacio entre las membranas se conoce como espacio perinuclear y es contnuo con la luz del RER. Los poros nucleares, que proporcionan canales acuosos que atraviesan la envoltura, estn compuestas por mltiples protenas que colectivamente se conocen como nucleoporinas. Los poros tienen 125 millones de daltons de peso molecular y se componen de aproximadamente de 50 (en levaduras) a 100 protenas (en vertebrados).[5] Los poros tienen un dimetro total de 100 nm; no obstante, el hueco por el que difunden libremente las molculas es de 9 nm de ancho debido a la presencia de sistemas de regulacin en el centro del poro. Este tamao permite el libre paso de pequeas molculas hidrosolubles mientras que evita que molculas de mayor tamao entren o salgan de manera inadecuada, como cidos nucleicos y protenas grandes. Estas molculas grandes, en lugar de ello, deben ser transportadas al ncleo de forma activa. El ncleo tpico de una clula de mamfero dispone de entre 3000 y 4000 poros a lo largo de su envoltura,[9]

cada uno de los cuales contiene una estructura en anillo con simetra octal en la posicin en la que las membranas interna y externa se fusionan.[10] Anclada al anillo se encuentra la estructura denominada cesta nuclear que se extiende hacia el nucleoplasma, y una serie de extensiones filamentosas que se proyectan en el citoplasma. Ambas estructuras median la unin a protenas de transporte nucleares.[5] La mayora de las protenas, subunidades del ribosoma y algunos ARNs se transportan a travs de los complejos de poro en un proceso mediada por una familia de factores de transportes conocidas como carioferinas. Entre stas se encuentran las importinas, que intervienen en el transporte en direccin al ncleo, y las que realizan el transporte en sentido contrario, que se conocen como exportinas. La mayora de las carioferinas interactan directamente con su carga, aunque algunas utilizan protenas adaptadoras.[11] Las hormonas esteroideas como el cortisol y la aldosterona, as como otras molculas pequeas hidrosolubles implicadas en la sealizacin celular pueden difundir a travs de la membrana celular y en el citoplasma, donde se unen a protenas que actan como receptores nucleares que son conducidas al ncleo. Sirven como factores de transcripcin cuando se unen a su ligando. En ausencia de ligando muchos de estos receptores funcionan como histona desacetilasas que reprimen la expresin gnica.[5]Cromosomas Cromosoma . El ncleo celular contiene la mayor parte del material gentico celular en forma de mltiples molculas lineales de ADN conocidas como cromatina, y durante la divisin celular sta aparece en la forma bien definida que conocemos como cromosoma, y que nos resulta familiar por los cariotipos. Una pequea fraccin de los genes se sita en otros orgnulos, como las mitocondrias o los cloroplastos de las clulas vegetales. Existen dos tipos de cromatina: La eucromatina es la forma de ADN menos compacta, y contiene genes que son frecuentemente expresados por la clula.[18] El otro tipo, conocido como heterocromatina, es la forma ms compacta, y contiene ADN que se transcribe de forma infrecuente. Esta estructura se clasifica a su vez en heterocromatina facultativa, que consiste en genes que estn organizados como heterocromatina slo en ciertos tipos celulares o en ciertos estados del desarrollo, y heterocromatina constitutiva, que consiste en componentes estructurales del cromosoma como los telmeros y los centrmeros.[19] Durante la interfase la cromatina se organiza en territorios individuales discretos, los territorios cromosmicos.[20] [21] Los genes activos, que se encuentran generalmente en la regin eucromtica del cromosoma, tienden a localizarse en las fronteras de los territorios cromosmicos.[22] Se han asociado anticuerpos a ciertos tipos de organizacin cromatnica, en particular los nucleosomas con varias enfermedades autoinmunes como el lupus eritematoso sistmico.[23] Estos son conocidos como anticuerpos antinucleares (ANA) y tambin se han observado en concierto con la esclerosis mltiple en el contexto de una disfuncin inmune generalizada.[24] As in the case of progeria, the role played by the antibodies in inducing the symptoms of autoimmune diseases is not obvious.

NucloloEl nuclolo es una estructura discreta que se tie densamente y se encuentra en el ncleo. No est rodeado por una membrana, por lo que en ocasiones se dice que es un suborgnulo. Se forma al rededor de repeticiones en tndem de ADNr, que es el ADN que codifica el ARN ribosmico (ARNr). Estas regiones se llaman organizadores nucleolares. El principal papel del nucleolo es sintetizar el ARNr y ensamblar los ribosomas. La cohesin estructural del nucleolo depende de su actividad, puesto que el ensamblaje ribosmico en el nuclolo resulta en una asociacin transitoria de los componentes nuclolares, facilitando el posterior ensamblaje de otros ribosomas. Este modelo est apoyado por la observacin de que la inactivacin del ARNr da como resultado en la "mezcla" de las estructuras nucleolares.[25]

El primer paso del ensamblaje ribosmico es la transcripcin del ADNr por la RNA polimerasa I, formando un largo pre -ARNr precursor. ste es escindido en las subunidades 5.8S, 18S, y 28S rRNA.[26] La transcripcin, procesamiento post-transcripcional y ensamblaje del ARNr tiene lugar en el nuclolo, ayudado por molculas de ARN pequeo nucleolar, algunas de las cuales se derivan de intrones ayustados de ARN mensajero relacionados con la funcin ribosomal. Estas subunidades ribosomales ensambladas son las estructuras ms grandes que pasan a travs de los poros nucleares.[5] Cuando se observa bajo el microscopio electrnico, se puede ver que el nucleolo se compone de tres regiones distinguibles: los Centros fibrilares (FCs), rodeados por el componente fibrilar denso (DFC), que a su vez est bordeado por el componente granular (GC). La transcripcin del ADNr tiene lugar tanto en el FC como en la zona de transicin FC-DFC, y por ello cuando la transcripcin del ADNr aumenta, se observan ms FC's. La mayor parte de la escisin y modificacin de los ARNr tiene lugar en el DFC, mientras que los ltimos pasos que implican el ensamblaje de protenas en las subunidades ribosmicas tienen lugar en el GC.[26]

Funcin [editar]La principal funcin del ncleo celular es controlar la expresin gnica y mediar en la replicacin del ADN durante el ciclo celular. El ncleo proporciona un emplazamiento para la transcripcin en el citoplasma, permitiendo niveles de regulacin que no estn disponibles en procariotas.Cromosoma Vista general de las clulas en un pice de raz de cebolla (Allium cepa), observado con 800 aumentos. (a) Clula sin dividirse, obsrvese la red de cromatina y el nuclolo intensamente teido; (b) ncleos preparados para la divisin celular, puede observarse que la cromatina se ha condensado; (c) Clulas en distintos estadios de divisin mittica, se pueden observar que la cromatina se ha terminado de condensar y se han formado los cromosomas. En biologa, se denomina cromosoma (del griego , - chroma, color y , - soma, cuerpo o elemento) a cada uno de los pequeos cuerpos en forma de bastoncillos en que se organiza la cromatina del ncleo celular durante las divisiones celulares (mitosis y meiosis). La cromatina es un material microscpico que lleva la informacin gentica de los organismos eucariotas y est constituida por ADN asociado a protenas especiales llamadas histonas. Este material se encuentra en el ncleo de las clulas eucariotas y se visualiza como una maraa de hilos delgados. Cuando el ncleo celular comienza el proceso de divisin (cariocinesis), esa maraa de hilos inicia un fenmeno de condensacin progresivo que finaliza en la formacin de entidades discretas e independientes: los cromosomas. Por lo tanto, cromatina y cromosoma son dos aspectos morfolgicamente distintos de una misma entidad celular.[1] Diagrama de un cromosoma eucaritico duplicado y condensado (en metafase mittica). (1) Cromtida, cada una de las partes idnticas de un cromosoma luego de la duplicacin del ADN. (2) Centrmero, el lugar del cromosoma en el cual ambas cromtidas se tocan. (3) Brazo corto. (4) Brazo largo. Cuando se examinan con detalle durante la mitosis, se observa que los cromosomas presentan una forma y un tamao caractersticos. Cada cromosoma tiene una regin condensada, o constreida, llamada centrmero, que confiere la apariencia general de cada cromosoma y que permite clasificarlos segn la posicin del centrmero a lo largo del cromosoma. Otra observacin que se puede realizar es que el nmero de cromosomas de los individuos de la misma especie es constante. Esta cantidad de cromosomas se denomina nmero diploide y simboliza como 2n. Cuando se examina la longitud de tales cromosomas y la del centrmero surge el segundo rasgo general: para cada cromosoma con una longitud

se situacin

y una posicin del centrmero determinada existe otro cromosoma con rasgos idnticos, o sea, casi todos los cromosomas se encuentran formando parejas. Los miembros de cada par se denominan cromosomas homlogos.

Mapa citogentico o cariograma de una nia antes de nacer, resultado de una amniocentesis a su madre. En la figura de la derecha se presentan todos los cromosomas mitticos de una nia, ordenados por parejas de homlogos y por su longitud, lo que se denomina cariotipo. Puede observarse que en ese cariotipo hay 46 cromosomas (o sea, 2n=46) que es el nmero cromosmico de la especie humana. Se puede advertir, tambin, que cada cromosoma tiene una estructura doble, con dos cromtidas hermanas que yacen paralelas entre s y unidas por un nico centrmero. Durante la mitosis las cromtidas hermanas, que son idnticas, se separan una de otra hacia dos nuevas clulas. Las parejas de cromosomas homlogos que se observan en la imagen tienen, adems, una semejanza gentica fundamental: presentan los mismos genes situados en los mismos lugares a lo largo del cromosoma (tales lugares se denominan locus o loci en plural). Esto indica que cada miembro del par de homlogos lleva informacin gentica para las mismas caractersticas del organismo. En organismos con reproduccin sexual, uno de los miembros del par de cromosomas homlogos proviene de la madre (a travs del vulo) y el otro del padre (a travs del espermatozoide). Por ello, y como consecuencia de la herencia biparental, cada organismo diploide tiene dos copias de cada uno de los genes, cada una ubicada en uno de los cromosomas homlogos.[1] Una excepcin importante en el concepto de parejas de cromosomas homlogos es que en muchas especies los miembros de una pareja, los cromosomas que determinan el sexo o cromosomas sexuales, no tienen usualmente el mismo tamao, igual situacin del centrmero, la misma proporcin entre los brazos o, incluso, los mismos loci. En la imagen puede observarse, por ejemplo, que el cromosoma Y (que determina el sexo masculino en humanos) es de menor tamao y carece de la mayora de los loci que se encuentran en el cromosoma X.

Estructura y composicin qumica de la cromatinaLos principales componentes que se obtienen cuando se asla la cromatina de los ncleos interfsicos son el ADN, las protenas histnicas, las protenas no histnicas y el ARN. La cantidad de protenas no histnicas puede variar de unos tejidos a otros en el mismo individuo y dentro del mismo tejido a lo largo del desarrollo Las histonas: Las histonas son protenas bsicas, ricas en residuos de lisina y arginina, que muestran una elevada conservacin evolutiva y que interaccionan con el ADN formando una subunidad que se repite a lo largo de la cromatina denominada nucleosoma. Los principales tipos de histonas que se han aislado en los ncleos interfsicos en diferentes especies eucariontes son: H1, H2A, H2B, H3 y H4. Adems de estas histonas, tambin existen otras que son especficas de tejido como la histona H5 muy rica en lisina (25 moles%) especfica de eritrocitos nucleados de vertebrados no mamferos, y las histonas del endosperma.[12] Asimismo, la cromatina centromrica se caracteriza por la presencia de una isoforma especfica de la histona H3, denominada CENP-A en vertebrados. Una de las caractersticas ms destacables es su elevado conservadurismo evolutivo, sobre todo de las histonas H3 y H4. La histona H4 de guisante y de timo de ternera se diferencian solamente en dos aminocidos. Este dato indica que las interacciones entre el ADN y las histonas para formar la cromatina deben ser muy semejantes en todos los organismos eucariontes. Los genes que codifican las histonas se encuentran agrupados en nichos (o clusters) que se repiten decenas o centenas de veces. Cada cluster o grupo contiene el siguiente orden de genes que codifican histonas: H1H2A-H3-H2B-H4. Estos genes son ricos en pares G-C, ya que codifican protenas con un elevado

contenido en lisina y arginina, pero estn separados por secuencias espaciadoras ricas en pares A-T.[13] [14][12] [15] [16]

El nucleosoma La cromatina de ncleos en interfase, cuando se observa mediante tcnicas de microscopia electrnica, se puede describir como un collar de cuentas o un rosario, en el que cada cuenta es una subunidad esfrica o globular que se denomina nucleosoma; los nucleosomas se hallan unidos entre s mediante fibras de ADN. Se sigue, entonces, que la unidad bsica de la estructura de la cromatina es el nucleosoma. Un nucleosoma tpico est asociado a 200 pares de bases (pb) de ADN y est formado por una mdula (core en ingls) y un ligador (o linker). La mdula est formada por un octmero constituido por dos subunidades de las histonas H2A, H2B, H3 y H4. En otras palabras, se trata de un dmero: 2(H2A, H2B, H3, H4). Los trabajos de Aaron Klug y colaboradores[17] [18] sobre la disposicin de las histonas en la mdula del nucleosoma le valieron el Premio Nobel de Qumica en 1982. Alrededor de la mdula se enrolla el ADN (140 pb) dando casi dos vueltas (una vuelta y tres cuartos). El resto del ADN (60 pb) forma parte del ligador (linker), que interacciona con la histona H1. La cantidad de ADN asociado con un nucleosoma vara de una especie a otra, de 154 pb a 241 pb; esta variacin se debe fundamentalmente a la cantidad de ADN asociada al ligador (linker).[13] Las fibras de ADN dplex desnudo tienen un grosor de 20 . La asociacin del ADN con las histonas genera los nucleosomas, que muestran unos 100 de dimetro. A su vez, los nucleosomas se pueden enrollar helicoidalmente para formar un solenoide (una especie de muelle) que constituye las fibras de cromatina de los ncleos intefsicos con un dimetro aproximado de 300 . Los solenoides pueden volverse a enrollar para dar lugar a supersolenoides con un dimetro de 4.000 a 6.000 que constituiran las fibras de los cromosomas metafsicos.[