Ncleo celular

Para otros usos de este trmino, vaseNcleo.Ncleo celular

Dibujo esquemtico delncleo celulary elretculo endoplasmtico:1.Envoltura nuclear2.Ribosomas3.Poros nucleares4.Nuclolo5.Cromatina6.Ncleo celular7. Retculo endoplasmtico8.Nucleoplasma

LatnNucleus

THH1.00.01.0.00003

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MeSHCell+nucleus

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Clulas HeLateidas mediante latincin de Hoechst, que marca en azul elADN. Laclulacentral y la ltima de la derecha se encuentran eninterfase, por lo que su ncleo se ha teido completamente. En la izquierda se encuentra una clula enmitosis, por lo que su ADN se encuentra condensado y listo para la divisin.Enbiologa, elncleo celulares unorgnulomembranoso que se encuentra en el centro de lasclulas eucariotas. Contiene la mayor parte delmaterial genticocelular, organizado en mltiples molculas lineales deADNde gran longitud formando complejos con una gran variedad deprotenascomo lashistonaspara formar loscromosomas. El conjunto degenesde esos cromosomas se denominagenoma nuclear. La funcin del ncleo es mantener la integridad de esosgenesy controlar las actividades celulares regulando laexpresin gnica. Por ello se dice que el ncleo es el centro de control de la clula.La principal estructura que constituye el ncleo es laenvoltura nuclear, una doblemembranaque rodea completamente alorgnuloy separa ese contenido delcitoplasma, adems de contar conporos nuclearesque permiten el paso a travs de la membrana para la expresin gentica y el mantenimientocromosmico.Aunque el interior del ncleo no contiene ningn subcompartimento membranoso, su contenido no es uniforme, existiendo una cierta cantidad decuerpos subnuclearescompuestos por tipos exclusivos de protenas, molculas deARNy segmentos particulares de los cromosomas. El mejor conocido de todos ellos es elnuclolo, que principalmente est implicado en la sntesis de losribosomas. Tras ser producidos en el nuclolo, stos se exportan al citoplasma, donde traducen elARNm.ndice[ocultar] 1Historia 2Estructuras 2.1Envoltura y poros nucleares 2.2Lmina nuclear 2.3Cromosomas 2.4Nuclolo 2.5Otros cuerpos subnucleares 2.5.1Cuerpos de Cajal y GEMs 2.5.2Dominios PIKA y PTF 2.5.3Cuerpos PML 2.5.4Paraspeckles 2.5.5Speckles 2.5.6Cuerpos de escisin 2.5.7Cuerpos DDX1 3Funcin 3.1Compartimentalizacin celular 3.2Expresin gnica 3.3Procesamiento del pre-ARNm 4Dinmica y regulacin 4.1Transporte nuclear 4.2Ensamblaje y desensamblaje 5Clulas anucleadas y polinucleadas 6Evolucin 6.1Teoras endosimbioticas 6.2Teoras no endosimbioticas 7Referencias 8Enlaces externosHistoria[editar]

La descripcin conocida ms antigua de las clulas y su ncleo porAnton van Leeuwenhoeken 1719.

Dibujo de unaglndula salivaldeChironomusrealizado porWalther Flemmingen 1882. El ncleo contienecromosomas politnicos.El ncleo fue el primer orgnulo en ser descubierto. Probablemente, el dibujo ms antiguo que se conserva de este orgnulo se remonta a uno de los primeros microscopistas,Anton van Leeuwenhoek(16321723). Este investigador observ un hueco o "lumen", el ncleo, eneritrocitosdesalmn.1Al contrario que los eritrocitos demamfero, los del resto devertebradosson nucleados. El ncleo tambin fue descrito en1804porFranz Bauer, y posteriormente con ms detalle por elbotnicoescocsRobert Brownen una charla dictada ante laSociedad linneana de Londresen1831.2Brown estaba estudiando la estructura microscpica de lasorqudeascuando observ un rea opaca, que llam areola o ncleo, en las clulas de la capa externa de laflor, si bien no sugiri una funcin potencial para tal estructura.3En 1838Matthias Schleidenpropuso que el ncleo desempeaba un papel en la generacin de clulas, denominndolo por ello "citoblasto" (constructor de clulas). Pensaba que haba observado clulas nuevas alrededor de estos "citoblastos".Franz Meyenfue un fuerte opositor de esta opinin habiendo descrito previamente clulas que se multiplicaban por divisin y creyendo que muchas clulas careceran de ncleo. La idea de que las clulas se podan generarde novo, bien por el "citoblasto" o bien de otro modo, contradeca los trabajos deRobert Remak(1852) yRudolf Virchow(1855) quienes propagaron decisivamente el nuevoparadigmade que las clulas solo eran generadas por otras clulas ("Omnis cellula e cellula"). La funcin del ncleo permaneca sin aclarar.4Entre 1876 y 1878Oscar Hertwigpublic varios estudios sobre lafecundacindehuevosdeerizo de mar, mostrando que el ncleo delespermatozoideentraba en eloocito, fusionndose con su ncleo. Esta fue la primera vez que se sugiri que un individuo se desarrollaba a partir de una sola clula nucleada. Esto estaba en contradiccin con la teora deErnst Haeckelque enunciaba que se repeta la filogenia completa de una especie durante el desarrollo embrionario, incluyendo la generacin de la primera clula nucleada a partir de una "monerula", una masa desestructurada de moco primordial ("Urschleim", enalemn). Por tanto, la necesidad del ncleo espermtico para la fecundacin estuvo en discusin por un tiempo. No obstante, Hertwig confirm su observacin en otros grupos animales, como por ejemplo enanfibiosymoluscos.Eduard Strasburgerobtuvo los mismos resultados enplantas(1884). Esto allan el camino para la asignacin de un papel importante del ncleo en laherencia. En 1873August Weismannpostul la equivalencia de las clulas germinales paternas y maternas en la herencia. La funcin del ncleo como portador de informacin gentica se hizo patente solo despus, tras el descubrimiento de lamitosisy el redescubrimiento de laherencia mendelianaa principios delsiglo XX. Esto supuso el desarrollo de lateora cromosmica de la herencia.4Estructuras[editar]El ncleo es elorgnulode mayor tamao en las clulas animales.5En las clulas demamfero, el dimetro promedio del ncleo es de aproximadamente 6micrmetros(m), lo cual ocupa aproximadamente el 10% del total del volumen celular.6En los vegetales, el ncleo generalmente presenta entre 5 a 25m y es visible con microscopio ptico. En loshongosse han observado casos de especies con ncleos muy pequeos, de alrededor de 0,5m, los cuales son visibles solamente con microscopio electrnico. En las osferas deCycasy deconferasalcanza un tamao de 0,6mm, es decir que resulta visible a simple vista.7El lquido viscoso de su interior se denominanucleoplasmay su composicin es similar a la que se encuentra en elcitosoldel exterior del ncleo.8A grandes rasgos tiene el aspecto de un orgnulo denso y esfrico.Envoltura y poros nucleares[editar]Artculo principal:Poro nuclear

Ncleo celular eucariota. En este diagrama se visualiza la doble membrana tachonada deribosomasde laenvoltura nuclear, elADN(complejado comocromatina), y elnuclolo. Dentro del ncleo celular se encuentra un lquido viscoso conocido comonucleoplasma, similar alcitoplasmaque se encuentra fuera del ncleo.

Seccin transversal de unporo nuclearen la superficie de laenvoltura nuclear(1). Otros elementos son (2) el anillo externo, (3) rayos, (4) cesta y (5) filamentos.Laenvoltura nuclear, tambin conocida como membrana nuclear, se compone de dosmembranas, una interna y otra externa, dispuestas en paralelo una sobre la otra. Evita que lasmacromolculasdifundan libremente entre el nucleoplasma y el citoplasma.9La membrana nuclear externa es continua con la membrana delretculo endoplsmico rugoso(RER), y est igualmente tachonada deribosomas. El espacio entre las membranas se conoce como espacio o cisterna perinuclear y es continuo con la luz del RER.Losporos nucleares, que proporcionan canales acuosos que atraviesan la envoltura, estn compuestos por mltiplesprotenasque colectivamente se conocen comonucleoporinas. Los poros tienen 125 millones dedaltonsde peso molecular y se componen de aproximadamente 50 (enlevaduras) a 100protenas(envertebrados).5Los poros tienen un dimetro total de 100nm; no obstante, el hueco por el que difunden libremente las molculas es de 9nm 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, comocidos nucleicosy 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,10cada 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.11Anclada al anillo se encuentra la estructura denominadacesta nuclearque 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.5La mayora de las protenas, subunidades del ribosoma y algunos ARNs se transportan a travs de los complejos de poro en un proceso mediado por una familia de factores de transportes conocidas comocarioferinas. Entre stas se encuentran lasimportinas, que intervienen en el transporte en direccin al ncleo, y las que realizan el transporte en sentido contrario, que se conocen comoexportinas. La mayora de las carioferinas interactan directamente con su carga, aunque algunas utilizan protenas adaptadoras.12Lashormonas esteroideascomo elcortisoly laaldosterona, as como otras molculas pequeas hidrosolubles implicadas en lasealizacin celular, pueden difundir a travs de la membrana celular y en el citoplasma, donde se unen a protenas que actan comoreceptores nuclearesque son conducidas al ncleo. Sirven comofactores de transcripcincuando se unen a suligando. En ausencia de ligando muchos de estos receptores funcionan comohistona deacetilasasque reprimen la expresin gnica.5Lmina nuclear[editar]Artculo principal:Lmina nuclearEn las clulas animales existen dos redes defilamentos intermediosque proporcionan soporte mecnico al ncleo: lalmina nuclearforma una trama organizada en la cara interna de la envoltura, mientras que en la cara externa este soporte es menos organizado. Ambas redes de filamentos intermedios tambin sirven de lugar de anclaje para los cromosomas y los poros nucleares.6La lmina nuclear est compuesta por protenas que se denominanprotenas laminares. Como todas las protenas, stas son sintetizadas en el citoplasma y ms tarde se transportan al interior del ncleo, donde se ensamblan antes de incorporarse a la red preexistente.1314Las lminas tambin se encuentran en el interior del nucleoplasma donde forman otra estructura regular conocida comovelo nucleoplsmico,15que es visible usandointerfase.16Las estructuras de las lminas que forman el velo se unen a lacromatinay mediante la disrupcin de su estructura inhiben la transcripcin de genes que codifican para protenas.17Como los componentes de otrosfilamentos intermedios, losmonmerosde lmina contienen un dominioalfa hliceutilizada por dos monmeros para enroscarse el uno con el otro, formando undmerocon un motivo enhlice arrollada. Dos de esas estructuras dimtricas se unen posteriormente lado con lado dispuestos de modo antiparalelo para formar untetrmerodenominadoprotofilamento. Ocho de esos protofilamentos se disponen lateralmente para formar unfilamento. Esos filamentos se pueden ensamblar o desensamblar de modo dinmico, lo que significa que los cambios en la longitud del filamento dependen de las tasas en competicin de adicin y desplazamiento.6Lasmutacionesen los genes de las lminas conducen a defectos en el ensamblaje de los filamentos conocidas comolaminopatas. De stas, la ms destacable es la familia de enfermedades conocida comoprogerias, que dan la apariencia de unenvejecimientoprematuro a quienes la sufren. Se desconoce el mecanismo exacto por el que los cambios bioqumicos asociados dan lugar alfenotipoprogeroide.18Cromosomas[editar]Artculo principal:Cromosoma

Un ncleo celular defibroblastoderatnen el que elADNest teido de azul. Los diferentes territorios delcromosoma 2(rojo) ycromosoma 9(verde) estn teidos mediantehibridacin fluorescente in situ.El ncleo celular contiene la mayor parte del material gentico celular en forma de mltiples molculas lineales deADNconocidas comocromatina, y durante la divisin celular sta aparece en la forma bien definida que se conoce comocromosoma. Una pequea fraccin de los genes se sita en otros orgnulos, como lasmitocondriaso loscloroplastosde las clulas vegetales.Existen dos tipos de cromatina: laeucromatinaes la forma de ADN menos compacta, y contiene genes que son frecuentementeexpresadospor la clula.19El otro tipo, conocido comoheterocromatina, es la forma ms compacta, y contiene ADN que se transcribe de forma infrecuente. Esta estructura se clasifica a su vez en heterocromatinafacultativa, que consiste en genes que estn organizados como heterocromatina solo en ciertos tipos celulares o en ciertos estadios del desarrollo, y heterocromatinaconstitutiva, que consiste en componentes estructurales del cromosoma como lostelmerosy loscentrmeros.20Durante la interfase la cromatina se organiza en territorios individuales discretos, losterritorios cromosmicos.2122Los genes activos, que se encuentran generalmente en la regin eucromtica del cromosoma, tienden a localizarse en las fronteras de los territorios cromosmicos.23Se han asociadoanticuerposa ciertos tipos de organizacin cromatnica, en particular losnucleosomascon variasenfermedades autoinmunescomo ellupus eritematoso sistmico.24Estos son conocidos como anticuerpos antinucleares (ANA) y tambin se han observado en concierto con laesclerosis mltipleen el contexto de una disfuncin inmune generalizada.25Como el caso antes mencionado de la progeria, el papel que desempean los anticuerpos en la induccin de los sntomas de la enfermedad autoinmune no est todava aclarado.Nuclolo[editar]Artculo principal:Nuclolo

micrografa electrnicade un ncleo celular, mostrando sunucloloteido en un tono ms oscuro (electrn-denso).Elnucloloes 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 unsuborgnulo. Se forma alrededor de repeticiones en tndem deADNr, que es el ADN que codifica elARN ribosmico(ARNr). Estas regiones se llamanorganizadores nucleolares. El principal papel del nuclolo es sintetizar el ARNr y ensamblar los ribosomas. La cohesin estructural del nuclolo depende de su actividad, puesto que el ensamblaje ribosmico en el nuclolo resulta en una asociacin transitoria de los componentes nucleolares, 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.26El primer paso del ensamblaje ribosmico es la transcripcin del ADNr por laARN polimerasa I, formando un largo pre-ARNr precursor. ste es escindido en las subunidades 5,8S, 18S, y 28S ARNr.27La transcripcin, procesamiento post-transcripcional y ensamblaje del ARNr tiene lugar en el nuclolo, ayudado por molculas deARN pequeo nucleolar, algunas de las cuales se derivan deintronesayustadosdeARN mensajerorelacionados con la funcin ribosomal. Estas subunidades ribosomales ensambladas son las estructuras ms grandes que pasan a travs de los poros nucleares.5Cuando se observa bajo elmicroscopio electrnico, se puede ver que el nuclolo se compone de tres regiones distinguibles: loscentros fibrilares(FCs), rodeados por elcomponente fibrilar denso(DFC), que a su vez est bordeado por elcomponente 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.27Otros cuerpos subnucleares[editar]Tamao de la estructura subnuclear

Nombre de la estructuraDimetro de la estructura

Cuerpos de Cajal0,2-2,0m28

PIKA5m29

Cuerpos PML0,21,0m30

Paraspeckles0,21,0m31

Speckles2025nm29

Adems del nuclolo, el ncleo contiene una cierta cantidad de cuerpos delimitados no membranosos. Entre stos se encuentran loscuerpos de Cajal(cuerpos enrollados), los llamados "Gminis de los cuerpos enrollados" (Gemini of coiled bodies, eningls), la denominada Asociacin Cariosmica Polimrfica Interfsica (PIKA, por sus siglas eninglsde Polymorphic Interphase Karyosomal Association), los Cuerpos de la Leucemia Promieloctica (PMLs, por sus siglas eninglsdepromyelocytic leukaemia), los "paraspeckles" y los "specles de ayuste" o "motas de empalme" ("splicing speckles" eningls). Aunque se sabe poco sobre el nmero de estos dominios subnucleares, son significativos en cuanto que muestran que el nucleoplasma no es una mezcla uniforme, sino que ms bien contiene subdominios funcionales organizados.30Otras estructuras subnucleares aparecen como parte de procesos patolgicos. Por ejemplo, se ha visto la presencia de pequeos bastones intranucleares en algunos casos demiopata nemalnica. Esta enfermedad se produce tpicamente por mutaciones en el gen de laactina, y los bastones en s mismos estn constituidos por la actina producida a partir de tales genes mutantes, as como otras protenas delcitoesqueleto.32Cuerpos de Cajal y GEMs[editar]El ncleo tpico posee de 1 a 10 estructuras compactas denominadasCuerpos de Cajalo cuerpos enrollados (CBs, por sus siglas eninglsde Coiled Bodies), cuyo dimetro mide entre 0,2m y 2,0m dependiendo del tipo celular y especie.28Cuando se observan bajo elmicroscopio electrnico, se asemejan a ovillos de hilos enmaraados,29y son focos densos de distribucin de la protenacoilina.33Los CBs estn implicados en varios tipos distintos de funciones relacionadas con el procesamiento de ARN, especficamente en la maduracin delARN nucleolar pequeo(snoRNA) y elARN nuclear pequeo(snRNA), y modificacin delARNmdehistonas.28Semejantes a los cuerpos de Cajal se encuentran los "Geminis de cuerpos enrollados o GEMs (por sus siglas eninglsde Gemini of Coiled Bodies), cuyo nombre se deriva de la constelacin deGminispor su relacin casi como de gemelos con los Cuerpos de Cajal. Los GEMs son similares en forma y tamao a stos ltimos, y de hecho son virtualmente indistinguibles al microscopio.33A diferencia de los cuerpos de Cajal, no contienen snRNPs, pero contienen una protena que se denominamotoneurona superviviente(SMN, por sus siglas eninglsdesurvivor of motor neurons), cuya funcin se relaciona con la biognesis del snRNP. Se cree que los GEMs ayudan a los CBs en la biognesis del snRNP,34aunque tambin se ha sugerido a partir de evidencias de microscopa que los CBs y los GEMs son diferentes manifestaciones de la misma estructura.33Dominios PIKA y PTF[editar]Los dominios PIKA, o Asociaciones Cariosmicas Polimrficas de Interfase, fueron descritos por primera vez en estudios de microscopa en 1991. Su funcin era y permanece poco clara, aunque no se piensa que estn asociados con la replicacin activa de ADN, transcripcin o procesamiento de ARN.35Se ha visto que frecuentemente se asocian con dominios discretos definidos por localizaciones densas delfactor de transcripcinPTF, que promueve la transcripcin delARNnp.36Cuerpos PML[editar]Los cuerpos PML o de la protena de laleucemia promieloctica(PML, por sus siglas eninglsdePromyelocytic leukaemia) son cuerpos esfricos que se encuentran dispersos en el nucleoplasma, y que miden alrededor de 0,21,0m. Se conocen por otros nombres, como dominio nuclear 10 (ND10), cuerpos de Kremer, y dominios oncognicos PML. A menudo se ven en el ncleo asociados con los cuerpos de Cajal. Se ha sugerido que desempean un papel en la regulacin de la transcripcin.30Paraspeckles[editar]Descubiertos en 2002, losparaspecklesson compartimentos de forma irregular del espacio intercromatnico del ncleo.37Fueron documentados por primera vez en clulasHeLa, donde por lo general se encuentran entre 1030 por ncleo,38actualmente se sabe que los paraspeckles tambin existen en todas las clulas primarias humanas, los linajes de clulas transformadas y las secciones de tejidos.39Su nombre se deriva de su distribucin en el ncleo. El prefijo "para" es unaapcopede "paralelo" y "speckles" (mancha o mota, en ingls) se refiere a su proximidad a los "splicing speckles" o motas de ayuste.38Los paraspeckles son estructuras dinmicas que se alteran en respuesta a cambios en la actividad celular metablica. Son dependientes de la transcripcin,37y en ausencia de transcripcin de la ARN Pol II, los paraspeckles desaparecen, y todas las protenas asociadas que lo componen (PSP1, p54nrb, PSP2, CFI(m)68 y PSF) forman un tapn perinucleolar en forma de cuarto creciente en el nuclolo. Este fenmeno se manifiesta durante elciclo celular, en el que estn presentes en interfase y durante toda la mitosis, excepto entelofase. Durante la telofase, cuando los dos ncleos hijos se forman, no hay transcripcin por parte de la ARN polimerasa II, de modo que los componentes proteicos forman en su lugar un tapn perinucleolar.39Speckles[editar]En ocasiones denominadosagrupaciones de grnulos intercromatnicosocompartimentos de factores de ayuste, los speckles, manchas o motas, son ricos en ARNnps procedentes delayustey otras protenas del mismo proceso que se necesitan en el procesamiento del pre-ARNm.40Debido a los requerimientos variables de la clula, la composicin y localizacin de estos cuerpos cambia de acuerdo a la transcripcin de ARNm y a la regulacin vafosforilacinde protenas especficas.41Cuerpos de escisin[editar]Llamados Cleavage bodies, en ingls, se suelen encontrar asociados a los cuerpos de Cajal, con un dimetro de 0,2 a 1,0 m y en nmero de 1-10 por ncleo. A diferencia de otros cuerpos nucleares, aparecen solamente durante determinados periodos del ciclo celular. Algunos de estos contienen elcomplejoCPSF-100 (por sus siglas en ingls de cleavage and polyadenylation specificity factor:factor de especificidad para el corte y la poliadenilacin), y se pueden observar predominantemente durante las fases S y G, mientras que los que contienen el factor de poliadenilacin CstF-64-containing se observan principalmente en la fase S. Estn asociados con elclster de genesde lahistona.42Cuerpos DDX1[editar]Los cuerpos DDX1 son agregados de la protena DDX1, perteneciente a la familia dehelicasasde ARN que contienen el motivo "DEAD box", se encuentran en un nmero que vara de dos a cuatro. Puesto que parece que estos cuerpos son reclutados en lugares en los que se ha producido dao en el ADN que est hibridando con ADN, parece que estos cuerpos desempean un papel en la reparacin de zonas con rupturas de doble cadena, facilitando la reparacin guiada por patrn de regiones del genoma transcripcionalmente activas.42Funcin[editar]La principal funcin del ncleo celular es controlar la expresin gentica y mediar en la replicacin del ADN durante elciclo celular. El ncleo proporciona un emplazamiento para latranscripcinen el citoplasma, permitiendo niveles deregulacinque no estn disponibles enprocariotas. Tiene diferentes funciones: En el ncleo se guardan los genes en forma de cromosomas (durante la mitosis) o cromatina (durante la interfase) Organiza los genes en cromosomas lo que permite la divisin celular Transporta los factores de regulacin a travs de los poros nucleares Produce cido nucleico mensajero (ARNm) que codifica protenas. Produce pre-ribosomas (ARNr) en el nuclolo.Compartimentalizacin celular[editar]La envoltura nuclear permite al ncleo controlar su contenido y separarlo del resto del citoplasma cuando sea necesario. Esto es importante para controlar procesos en cualquiera de los lados de la membrana nuclear. En algunos casos, cuando se precisa restringir un proceso citoplasmtico, un participante clave se retira al ncleo, donde interacta con factores de transcripcin para reprimir la produccin de ciertas enzimas de la ruta. Este mecanismo regulador tiene lugar en el caso de lagluclisis, una ruta celular en la que se utiliza laglucosapara producir energa. Lahexoquinasaes la enzima responsable del primer paso de la gluclisis, produciendoglucosa-6-fosfatoa partir de la glucosa. A altas concentraciones defructosa-6-fosfato, una molcula que se forma posteriormente a partir de la glucosa-6-fosfato, una protena reguladora retira la hexoquinasa al ncleo,43donde forma un complejo con otras protenas nucleares que reprime la transcripcin de los genes implicados en la glucolisis.44Para controlar qu genes se deben transcribir, la clula impide el acceso fsico de algunosfactores de transcripcinresponsables de regular la expresin gnica hasta que son activados por otras rutas de sealizacin. Esto impide que se den incluso pequeos niveles de expresin gnica inadecuada. Por ejemplo, en el caso de los genes controlados porNF-B, que estn implicados en la mayor parte de las respuestasinflamatorias, la transcripcin se induce en respuesta a una cascada de sealizacin celular como la que se inicia con la molcula sealizadoraTNF-unindose a un receptor de la membrana celular, lo que produce el reclutamiento de protenas sealizadoras y finalmente la activacin del factor de transcripcin NF-B. Unaseal de localizacin nuclearque posee la protena NF-B le permite ser transportada a travs del poro nuclear al ncleo, donde estimula la transcripcin de los genes diana.6La compartimentalizacin permite a la clula impedir la traduccin de ARNm no ayustado.45El ARNm contieneintronesque se deben retirar antes de ser traducidos para producir protenas funcionales. El ayuste se efecta en el interior del ncleo antes de que el ARNm pueda acceder a los ribosomas para su traduccin. Sin el ncleo los ribosomas traduciran ARNm recin transcrito y sin procesar, lo que producira protenas mal plegadas y deformadas.Expresin gnica[editar]Artculo principal:Expresin gnica

Micrografa de unatranscripcin genticaen curso decido ribonucleico ribosomalque ilustra el crecimiento de los transcritos primarios. "Beginn" indica el extremo 3' del ADN, donde comienza la sntesis de nuevo ARN. "Ende" indica el extremo 5', donde los transcritos primarios estn prcticamente completos.La expresin gnica implica en primer lugar latranscripcin, en la que el ADN se utiliza como molde para producir ARN. En el caso de los genes que codifican protenas, el ARN generado por este proceso es elARN mensajero(ARNm), que posteriormente precisa sertraducidopor losribosomaspara formar una protena. Puesto que los ribosomas se localizan fuera del ncleo, el ARNm sintetizado debe ser exportado.46Puesto que el ncleo es el lugar donde se da la transcripcin, est dotado de un conjunto de protenas que, o bien estn implicadas directamente en este proceso, o en su regulacin. Entre stas encontramos lashelicasas, que desenrollan la molcula de ADN de doble cadena para facilitar el acceso de la maquinaria de sntesis, laARN polimerasa, que sintetiza el ARN a partir del molde de ADN, latopoisomerasa, que vara la cantidad desuperenrollamientodel ADN, as como una amplia variedad defactores de transcripcinque regulan la expresin gnica.47Procesamiento del pre-ARNm[editar]Las molculas de ARNm recin sintetizadas se conocen comotranscritos primarioso pre-ARNm. Posteriormente se deben someter amodificacin post-transcripcionalen el ncleo antes de ser exportados al citoplasma. El ARNm que aparece en el ncleo sin estas modificaciones acaba degradado en lugar de utilizarse para la traduccin en los ribosomas. Las tres modificaciones principales son: La del extremo 5' (5' caping), lapoliadenilacindel extremo 3' y elayustede ARN. Mientras permanece en el ncleo, el pre-ARNm se asocia con varias protenas en complejos conocidos comoribonucleoprotenas heterogneas nucleareso hnRNPs. La adicin de las modificaciones del extremo 5' tiene lugar en el momento de la transcripcin y es el primer paso en las modificaciones postranscripcionales. La cola de poliadenina 3' solo se aade una vez que la transcripcin est completa.El ayuste (splicing o corte y empalme) de ARN, llevado a cabo por un complejo denominadoespliceosomaes el proceso por el que losintronesse retiran del pre-ARNm, permaneciendo nicamente losexonesconectados para formar una sola molcula continua. Este proceso normalmente finaliza tras los dos anteriores, pero puede comenzar antes de que la sntesis est completa en transcritos con muchos exones.5Muchos pre-ARNm's, incluyendo los que codificananticuerpos, se pueden cortar y empalmar de mltiples formas para producir diferentes ARNm maduros, que por ello codifican diferentes secuencias de protenas. Este proceso se conoce comoayuste alternativo, y permite la produccin de una gran variedad de protenas a partir de una cantidad limitada de ADN.Dinmica y regulacin[editar]Transporte nuclear[editar]

Lasmacromoleculas, como elARNy lasprotenassontransportadas activamentea travs de la membrana nuclear en un proceso conocido como "ciclo de transporte nuclearRan-GTP.La entrada y salida de grandes molculas del ncleo est estrictamente controlada por los complejos de poros nucleares. Aunque las pequeas molculas pueden entrar en el ncleo sin regulacin,48las macromolculas como el ARN y las protenas requieren asociarse acarioferinasllamadasimportinaspara entrar en el ncleo, yexportinaspara salir. Las protenas cargadas que deben ser translocadas desde el citoplasma al ncleo contienen cortas secuencias de aminocidos conocidas comoseales de localizacin nuclearque estn unidas a las importinas, mientras que las transportadas desde el ncleo al citoplasma poseenseales de exportacin nuclearunidas a las exportinas. La capacidad de las importinas y las exportinas para transportar su carga est regulada porGTPasas, enzimas que hidrolizanGTPliberando energa. La GTPasa clave en el transporte nuclear esRan, que puede unir o bien GTP o bien GDP (guanosina difosfato), dependiendo de si est localizada en el ncleo o en el citoplasma. Mientras que las importinas dependen de Ran-GTP para disociarse de su carga, las exportinas necesitan Ran-GTP para unirse a su carga.12La importacin nuclear depende de que la importina se una a su carga en el citoplasma y lo trasporte a travs del poro nuclear al ncleo. Dentro del ncleo, la Ran-GTP acta separando la carga de la importina, permitiendo a sta salir del ncleo y ser reutilizada. La exportacin nuclear es similar, puesto que la exportina se une a la carga dentro del ncleo en un proceso facilitado por RanGTP, y sale a travs del poro nuclear, separndose de su carga en el citoplasma.Las protenas especializadas de exportacin sirven para la traslocacin de ARNm maduro y ARNt al citoplasma despus de que la modificacin postranscripcional se completa. Este mecanismo de control de calidad es importante debido al papel central de esas molculas en la traduccin de protenas. La expresin inadecuada de una protena debido a una escisin de exones incompleta o la incorporacin impropia de aminocidos podra tener consecuencias negativas para la clula. Por ello, el ARN no modificado por completo que alcanza el citoplasma es degradado en lugar de ser utilizado en la traduccin.5Ensamblaje y desensamblaje[editar]

Imagen de unneumocitodetritnteido con colorantes fluorescentes durante lametafase. Elhuso mitticopuede verse teido en azul claro. Todos los cromosomas excepto uno se encuentran en la placa metafsica.Durante su periodo de vida un ncleo puede desensamblarse, o bien en el transcurso de la divisin celular, o como consecuencia de laapoptosis, una forma regulada de muerte celular. Durante estos acontecimientos, los componentes estructurales del ncleo la envoltura y la lmina son sistemticamente degradados.Durante elciclo celularla clula se divide para formar dos clulas. Para que ste proceso sea posible, cada una de las nuevas clulas hija debe adquirir un juego completo de genes, un proceso que requiere la replicacin de los cromosomas, as como la segregacin en juegos separados. Esto se produce cuando los cromosomas ya replicados, lascromtideshijas, se unen a losmicrotbulos, los cuales a su vez se unen a diferentescentrosomas. Las cromtides hija pueden ser fraccionadas hacia localizaciones separadas en la clula. No obstante, en muchas clulas el centrosoma se localiza en el citoplasma, fuera del ncleo, por lo que los microtbulos seran incapaces de unirse a las cromtides en presencia de la envoltura nuclear.49Por tanto, en los estadios tempranos del ciclo celular, comenzando enprofasey hasta casi laprometafase, se desmantela la membrana nuclear.15De forma similar, durante el mismo periodo se desensambla la lmina nuclear, un proceso que est regulado por la fosforilacin de las lminas.50Hacia el final del ciclo celular se reforma la membrana nuclear, y en torno al mismo tiempo, la lmina nuclear se reensambla desfosforilando lasprotenas laminares.50Laapoptosises un proceso controlado en el que los componentes estructurales de la clula son destruidos, lo que produce la muerte de la clula. Los cambios asociados con la apptosis afectan directamente al ncleo y a sus contenidos, por ejemplo en la condensacin de la cromatina y la desintegracin de la envoltura nuclear y la lmina. La destruccin de las redes de lmina est controlada porproteasasapoptticas especializadas denominadascaspasas, que desintegran la lmina nuclear y de ese modo degradan la integridad estructural del ncleo. La desintegracin de la lmina nuclear se utiliza en ocasiones en los laboratorios como indicador de la actividad de la caspasa enensayosde actividad apopttica temprana.15Las clulas que expresan lminas resistentes a las caspasas son deficientes en los cambios nucleares relacionados con la apoptosis, lo que sugiere que las lminas desempean un papel importante en el inicio de los eventos que conducen a la degradacin apopttica del ncleo.15La inhibicin del propio ensamblaje de la lmina nuclear es por s misma un inductor de la apoptosis.51La envoltura nuclear acta como una barrera que evita que virus de ADN o ARN penetren en el ncleo. Algunos virus precisan acceder a protenas dentro del ncleo para replicarse o ensamblarse. Los virus de ADN, como elherpesvirusse replican y ensamblan en el ncleo celular, y salen brotando a travs de la membrana nuclear interna. Este proceso se acompaa del desensamblaje de la lmina nuclear en la cara nuclear de la membrana interna.15Clulas anucleadas y polinucleadas[editar]

Loseritrocitoshumanos, al igual que los de otrosmamferos, carecen de ncleo. Esto tiene lugar como una parte normal del desarrollo de este tipo de clula.Aunque la mayor parte de las clulas tienen un nico ncleo, algunos tipos celulares carecen de l, en tanto que otros poseen mltiples ncleos. Esto puede ser un proceso normal, como es en el caso de la maduracin de loseritrocitos, o bien el resultado de una divisin celular defectuosa.Las clulas anucleadas carecen de ncleo, y por lo mismo son incapaces de dividirse para producir clulas hijas. El caso mejor conocido de clula anucleada es el eritrocito de mamfero, que tambin carece de otrosorgnuloscomomitocondrias, y sirven en principio como vehculos de transporte deoxgenodesde lospulmonesa los tejidos. Los eritrocitos maduran gracias a laeritropoyesisen lamdula sea, donde pierden su ncleo, orgnulos y ribosomas. El ncleo es expulsado durante el proceso de diferenciacin deeritroblastoareticulocito, el cual es el precursor inmediato del eritrocito maduro.52mutgenospuede inducir la liberacin de algunos eritrocitos inmaduros "micronucleados" al torrente sanguneo.5354Tambin pueden aparecer clulas anucleadas a partir de una divisin celular defectuosa en la que una clula hija carece de ncleo, mientras que la otra posee dos.Las clulas polinucleadas contienen mltiples ncleos. La mayor parte de losprotozoosde la claseAcantharea,55y algunoshongosque formanmicorrizas,56tienen clulas polinucleadas de forma natural. Otros ejemplos seran losparsitosintestinales del gneroGiardia, que posee dos ncleos en cada clula.57En los seres humanos, elmsculo esquelticoposee clulas, llamadasmiocitos, que se convierten en polinucleadas durante su desarrollo. La disposicin resultante de los ncleos en la regin perifrica de la clula permite un espacio intracelular mximo para lasmiofibrillas.5Las clulas multinucleadas tambin pueden ser anormales en humanos. Por ejemplo, las que surgen de la fusin demonocitosymacrfagos, conocidas como clulas multinucleadas gigantes, pueden ser observadas en ocasiones acompaando a lainflamacin,58y tambin estn implicadas en la formacin detumores.59Evolucin[editar]Al ser la mejor caracterstica que define la clula eucariota, el origen evolutivo del ncleo ha sido objeto de mucha especulacin. Entre las teoras propuestas, se pueden considerar cuatro como las principales, aunque ninguna de ellas ha encontrado un amplio apoyo.60Teoras endosimbioticas[editar]La teora conocida como "modelo sintrfico" propone que una relacinsimbiticaentrearqueasybacteriascre la primera clula eucariota nucleada. Se establece la hiptesis de que la simbiosis tuvo lugar cuando una arquea antigua similar a los actualesmetangenosfueron invadidos y parasitados por bacterias similares a las actualesmyxobacteria, formando eventualmente el ncleo primitivo. Esta teora es anloga a teora aceptada del origen de lasmitocondriasycloroplastoseucariotas, de los que se piensa que se han desarrollado por una relacin endosimbionte similar entre protoeucariotas y bacterias aerobias.61El origen arqueano del ncleo est apoyado por la circunstancia de que tanto arqueas como eucariotas tienen genes similares en ciertas protenas, incluyendo lashistonas. Al observar que las myxobacterias son mviles, pueden formar complejos multicelulares y poseenprotenas Gsimilares a las de eucariotas, tambin se puede aceptar un origen bacteriano de la clula eucariota.62Una propuesta similar establece que una clula similar a la eucariota, elcronocito, apareci en primer lugar, y posteriormentefagocitarqueas y bacterias para dar lugar al ncleo y a la clula eucariota.63Un modelo ms controvertido, conocido comoeucariognesis viralafirma que muchos rasgos de la clula eucariota como la presencia de un ncleo que se contina con la membrana surgieron por la infeccin de un antepasado procariota por un gran virus de ADN (posiblemente de unVirus nucleocitoplasmticos de ADN de gran tamao). Esto est sugerido en base a similitudes entre eucariotas y virus como las hebras lineales de ADN, el procesamiento "caping" del extremo 5' del ARNm y la fuerte unin a protenas del ADN (haciendo a las histonas anlogas de laenvoltura vrica). Una versin de esta propuesta sugiere que el ncleo evolucion concertadamente con la fagocitosis para dar lugar a undepredadorcelular primitivo.64Otra variante propone que los eucariotas se originaron de arqueas primitivas infectadas porpoxvirus, basndose en la similitud de las modernasADN polimerasasentre stos y los eucariotas.6566Se ha sugerido que la cuestin no resuelta de la evolucin de la sexualidad pudo estar relacionada con la hiptesis de la eucariognesis viral.67Teoras no endosimbioticas[editar]Este modelo propone que lasclulas protoeucariotasevolucionaron a partir de bacterias sin que se diera un estadio simbionte. Este modelo se basa en la existencia de una bacteria moderna perteneciente al filo de lasplanctomycetesque poseen una estructura nuclear con poros primitivos y otras estructuras compartimentalizadas por membrana.68Finalmente, una propuesta muy reciente sugiere que las variantes tradicionales de las teoras endosimbiontes son insuficientes para explicar el origen del ncleo eucariota. Este modelo, denominado lahiptesis de la exomembrana, sugiere que el ncleo se origin en lugar de ello a partir de una clula ancestral original que desarroll una segunda membrana celular exterior. La membrana interior que encerraba la clula original se convirti entonces en la membrana nuclear evolucionando para desarrollar estructuras de poro cada vez ms elaboradas para el paso de componentes celulares sintetizados internamente, como las subunidades ribosmicas.69Bibliografa:www.wikipedia.org