Núcleo Celular

Diagrama del núcleo celular

El núcleo (en plural, núcleos) tiene forma esférica o elíptica y está delimitado por dos membranas (véanse las figuras 1 y 2). Cada una de estas membranas es una bicapa de fosfolípidos, como la que compone la membrana plasmática (la membrana plasmática tiene una bicapa, el núcleo tiene dos bicapas)

La estructura formada por las membranas bicapa interna (orientada hacia el interior del núcleo) y externa (orientada hacia el citoplasma) se denomina envoltura nuclear. La membrana externa es continua con el retículo endoplásmico del citoplasma, y ambos orgánulos funcionan juntos como parte del sistema endomembranoso de la célula.

Esquema del núcleo de una célula eucariota y sus componentes. El retículo endoplásmico es continuo con la membrana externa de la envoltura nuclear

Hay poros nucleares por toda la envoltura nuclear a través de los cuales se mueven iones y moléculas entre el interior del núcleo y el citoplasma. Las proteínas rodean cada poro nuclear formando un complejo de poros que controla el paso de proteínas, moléculas de ARN y componentes de mayor tamaño.

La parte interior de la envoltura nuclear está cubierta por la lámina nuclear (excepto donde están los poros), una estructura en forma de malla compuesta por filamentos proteicos. La lámina da soporte a la envoltura nuclear y mantiene la forma del núcleo.

En el interior del núcleo encontramos la mayor parte del material genético de la célula y uno o varios nucléolos ( nucléolo singular). El nucléolo tiene el aspecto de una masa densa de gránulos y fibras, no delimitada por una membrana. Esta masa está compuesta por regiones de cromatina implicadas en la síntesis de ribosomas, asociadas a moléculas de ARN y proteínas. Los componentes nucleares están inmersos en un líquido semisólido que llena el interior del núcleo, llamado nucleoplasma.

El ADN de las células eucariotas (células vegetales, animales, fúngicas y protistas) está organizado en múltiples cromosomas lineales. El ADN es una molécula extremadamente grande y fina que podría enredarse y romperse fácilmente. Por ello, se asocia con proteínas que ayudan a mantener su estructura. El complejo de ADN y proteínas se denomina cromatina y constituye los cromosomas. En una célula que no se está dividiendo ni reproduciendo, los cromosomas están algo sueltos y parecen un aglomerado granular de hilos. Sólo durante el proceso de división la cromatina se condensa (se enrolla y engrosa) y se hace visible (la figura 2, B-D, muestra los núcleos de células vegetales que se están dividiendo).

Decimos que el núcleo contiene la mayor parte del material genético de la célula(ADN nuclear) porque las mitocondrias y los cloroplastos tienen algunos genes propios (lo más probable es que estos dos orgánulos derivaran de bacterias ancestrales de vida libre que fueron engullidas por una célula huésped ancestral mediante endosimbiosis, y por tanto tenían inicialmente su propio material genético).

Función del núcleo celular

El núcleo celular tiene dos funciones principales:

• El almacenamiento de la mayor parte del material genético de la célula.
• Laduplicación del material genético (cromosomas) durante la interfase del ciclo celular, para distribuirlo a las células hijas durante la división celular (ver figura 2), incluida latranscripción de las especificaciones para la síntesis de proteínas de ADN a ARN.

Figura 2. Sección de una punta de raíz de cebolla. Los núcleos celulares teñidos son visibles en diferentes fases del ciclo celular. A) interfase, B) fase inicial de la división celular, C y D) células en mitosis. Fuente: modificado de Berkshire Community College Bioscience Image Library, dominio público, flickr.com.

El núcleo es el centro de control de la célula porque encierra el material genético, que contiene la información que especifica toda la actividad celular. Un cromosoma comprende de cientos a miles de segmentos más pequeños que contienen la información genética de rasgos específicos (por ejemplo, el color del pelaje de un animal). Cada uno de estos segmentos es un gen. La secuencia de nucleótidos de un gen funciona como un código (llamado código genético) para fabricar una proteína.

Los genes no sintetizan proteínas directamente. El proceso para pasar de gen a proteína se denomina expresión génica (porque las proteínas son la expresión correspondiente de los genes) e implica dos pasos, la transcripción y la traducción. El núcleo es el lugar donde se produce la transcripción. El núcleo transcribe (o copia) la secuencia de nucleótidos de un gen a la secuencia de ARN correspondiente, que se denomina ARN mensajero -ARNm- (recuerda de la estructura de los ácidos nucleicos que el ARN es similar a una molécula de ADN, salvo que en el ARN, la parte de azúcar es ribosa en lugar de desoxirribosa y tiene una base de uracilo en lugar de timina).

En otras palabras, la secuencia de ADN sirve de molde que se transcribe en ARNm. A continuación, este segmento de ARNm abandona el núcleo a través de los poros nucleares y será traducido a la proteína correspondiente por los ribosomas del citoplasma.

El nucléolo también transcribe segmentos del ADN que codifican el ARN ribosómico -ARNr-. Como su nombre indica, el ARNr participa en la producción de otro orgánulo celular, el ribosoma. Las proteínas del citoplasma entran en el núcleo a través de los poros nucleares y, en el nucléolo, se ensamblan con las moléculas de ARNr en subunidades ribosómicas. Los ribosomas se componen de una subunidad grande y otra pequeña. Las subunidades ribosómicas salen del núcleo hacia el citoplasma, donde se completa el ensamblaje del ribosoma.

Todas las enzimas y otras proteínas necesarias dentro del núcleo (como las proteínas asociadas al ADN o las necesarias para fabricar las subunidades ribosómicas) son sintetizadas en el citoplasma por los ribosomas y después entran en el núcleo a través de los poros nucleares. Por otra parte, las moléculas de ARN y las subunidades ribosómicas sintetizadas en el núcleo deben salir a través de los poros para participar en la síntesis de proteínas en el citoplasma.

Núcleo celular vegetal y animal: ¿hay alguna diferencia?

Todas las células eucariotas tienen un núcleo, incluidas las células animales, vegetales, fúngicas y protistas. No existen grandes diferencias en la estructura o las funciones del núcleo entre los organismos eucariotas. Algunas células eucariotas pueden perder su núcleo como parte de su desarrollo (como los glóbulos rojos de los mamíferos), o a veces se producen errores durante la división celular, y una de las células hijas puede conservar ambos núcleos mientras que la otra no tiene núcleo (está anucleada).

¿Tienen núcleo los glóbulos rojos?

Los glóbulos rojos maduros de los mamíferos no tienen núcleo. Los glóbulos rojos (GR), como todas las células eucariotas, sí tienen núcleo cuando se forman. Sin embargo, su función es transportar oxígeno a todas las células de nuestro cuerpo. Cuanta más hemoglobina (la molécula que se une al oxígeno) pueda transportar un GR, más eficaz será. De ahí que los GR expulsen su núcleo y otros orgánulos cuando maduran para tener más espacio para las moléculas de hemoglobina.

¿Qué significa que una célula no tenga núcleo? Como era de esperar, las funciones del núcleo no se realizan en los GR maduros. No transcriben el ADN a ARN ni sintetizan proteínas (en consecuencia, tampoco tienen la mayoría de orgánulos para hacerlo). Los GR tampoco pueden dividirse, por lo que se producen en la médula ósea; tienen una vida útil de 100-120 días y se reemplazan continuamente. Los GR de otros vertebrados (peces, reptiles, aves) son más grandes que los de los mamíferos y tienen núcleo, pero inactivo.

Referencias

Leslie Mounkes y Colin Stewart, Envejecimiento y organización nuclear: láminas y progeria, Current Opinion in Cell Biology, 2004

Cristin Carr, How red blood cells nuke their nuclei, 10 de febrero de 2008. Instituto Whitehead.

https://wi.mit.edu/news/how-red-blood-cells-nuke-their-nuclei