Núcleo Celular: Envoltura Nuclear, Cromatina, Nucléolo y Matriz Nuclear

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El núcleo celular es un orgánulo con una membrana que se encuentra en las células eucariotas. A menudo se le conoce como el centro de control de la célula porque contiene el material genético y regula la actividad celular. El núcleo, de forma esférica u ovalada, está rodeado por una membrana doble llamada envoltura nuclear. Los poros nucleares en la envoltura nuclear permiten el intercambio de moléculas entre el núcleo y el citoplasma. Dentro del núcleo, hay varios componentes, incluyendo la envoltura nuclear, la cromatina, el nucléolo y la matriz nuclear.

Envoltura Nuclear

El núcleo está rodeado por una membrana de doble capa llamada envoltura nuclear, que separa el interior del núcleo del citoplasma. Consiste en una membrana externa y una membrana interna, con un espacio estrecho de 20-40 nm entre ellas llamado espacio perinuclear. La membrana externa del núcleo tiene ribosomas unidos a su superficie y está conectada de manera continua con el retículo endoplásmico rugoso; el espacio perinuclear también se conecta con el lumen del retículo endoplásmico. La membrana interna está estrechamente asociada a la lámina nuclear fibrilar en forma de red. La lámina nuclear está conectada de manera cercana a la red nuclear, proporcionando un soporte estable para el núcleo celular.

La envoltura nuclear es selectivamente permeable y los iones, aminoácidos, nucleósidos, etc., pueden ingresar al núcleo por difusión o con la ayuda de proteínas. Moléculas más grandes entran y salen del núcleo a través de los poros nucleares, que son complejos proteicos grandes con un diámetro de aproximadamente 100 nm. Estos poros atraviesan ambas membranas y permiten el intercambio de moléculas entre el núcleo y el citoplasma, como ARN, proteínas y otros complejos grandes de macromoléculas. Los poros nucleares son abundantes en células con altas tasas de secreción y división, como células cancerosas, células hepáticas y células pancreáticas.

Cromatina, Cromosomas

La cromatina está compuesta por histonas, ADN y proteínas involucradas en la replicación del ADN y la transcripción, y puede ser fácilmente teñida por colorantes básicos. Debido a la abundancia de aminoácidos básicos como arginina y lisina, las histonas tienden a unirse a los grupos fosfato del ADN. Aproximadamente cada 200 pares de bases se enrollan firmemente alrededor de una histona para formar un nucleosoma. Estos nucleosomas están conectados por la misma hebra de ADN, formando una estructura similar a un collar de cuentas llamada cromatina. El ADN enrollado en la cromatina se acorta considerablemente para poder alojarse en el núcleo celular. La cromatina se divide en varias partes enredadas en forma de hilos que son difíciles de identificar individualmente en la interfase. Durante la división celular, la cromatina se condensa en forma de bastones que pueden ser reconocidos individualmente por microscopía de luz, y se les denomina cromosomas. Las células humanas suelen tener 46 cromosomas, excepto las células espermáticas y ovocitos, que tienen 23 cromosomas.

Nucléolos

Son la parte más prominente del núcleo celular y se pueden distinguir fácilmente por microscopía de luz cuando están teñidos. Por lo general, aparecen como una o más esferas. Los ribosomas se producen en el nucléolo, que está compuesto por ARN ribosómico (rARN), ADN ribosómico (rDNA) (que es responsable de transcribir el rARN) y proteínas. Los rARN se transcriben en el nucléolo, se pliegan y se combinan con proteínas para formar subunidades grandes y pequeñas. Luego se secretan a través de los poros nucleares hacia el citoplasma, donde se ensamblan con ARNm para formar los ribosomas. Es por eso que el nucléolo es grande en aquellas células donde la secreción de proteínas y la división son vigorosas.

La matriz nuclear o nucleoesqueleto

Es una red fibrilar gelatinosa compuesta por proteínas y un poco de ARN y ADN. Se conecta con la lámina nuclear y proporciona soporte estructural al núcleo, manteniendo su forma y evitando su colapso. La matriz nuclear proporciona anclajes para varios procesos nucleares, incluyendo la reparación del ADN, replicación, transcripción, regulación y procesamiento del ARN. Similar al citoesqueleto, los materiales en el núcleo pueden ser transportados a lo largo de la matriz nuclear y algunas enzimas también se unen a ella.

En general, el núcleo realiza varias funciones clave en la célula. Controla la expresión génica al regular la transcripción y traducción. Está involucrado en la replicación del ADN durante la división celular.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el ADN se envuelve alrededor de las histonas?

Reduce la longitud del ADN y permite que quepa dentro del núcleo celular. La longitud del ADN puede alcanzar varios metros y sin un mecanismo para acortarlo, sería imposible que el ADN quepa en un núcleo que solo mide unos pocos micrómetros.

Las histonas también están involucradas en la regulación de la expresión génica. Cuando los nucleosomas (ADN e histonas) están empacados de manera compacta, resulta difícil para ciertas proteínas relacionadas con la transcripción unirse al ADN, lo que dificulta la transcripción y la síntesis de proteínas. Los genes transcritos generalmente se encuentran en regiones de nucleosomas poco compactados. Los eucariotas modifican las histonas para regular la compactación o apertura de la cromatina, como la metilación o acetilación.

¿Cromatina frente a cromosomas?

La cromatina y los cromosomas son la misma sustancia en diferentes etapas. Son químicamente idénticos, pero tienen estructuras diferentes. Durante la interfase, los nucleosomas (ADN e histonas) forman una red suelta dispersa en el núcleo, lo que hace imposible distinguir los cromosomas individuales. Cuando la célula se divide, la cromatina se condensa y se enrolla para convertirse en cromosomas visibles. Estos cromosomas acortados y engrosados se pueden observar claramente bajo un microscopio de luz.

¿Se encuentra todo el ADN de los organismos eucariotas dentro del núcleo celular?

No, una pequeña porción de ADN también se encuentra en las mitocondrias o los cloroplastos, y algunos genes codifican proteínas en estos orgánulos. Sin embargo, la mayoría de las proteínas en las mitocondrias y los cloroplastos están codificadas por ADN dentro del núcleo.

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