Biología Celular: Núcleo y Mitosis

Biología Celular: Bloque 2, Estructura y Función de las Células

• Unidad Didáctica 4: El Núcleo

• El núcleo es la característica fundamental de las células eucariotas.

• Las células procariotas carecen de núcleo, el material genético está en el citoplasma.

• El núcleo sirve como almacén de información genética, centro de control celular a nivel genómico.

• Se lleva a cabo la replicación del ADN, la transcripción y el procesamiento del ARN.

• Regula la expresión génica, regulando el transporte de factores de transcripción desde el citoplasma al núcleo.

Guión de la Unidad Didáctica 4

• 4.1 Envuelta nuclear y tráfico entre el núcleo y el citoplasma: Descripción de la membrana nuclear y el tráfico de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.
• 4.2 Organización interna del núcleo. Nucléolo y procesamiento del ARNr: Análisis de la organización interna del núcleo, incluyendo el nucléolo y el procesamiento del ARN ribosómico (arNr).

La Envuelta Nuclear

• Proporciona armazón estructural al núcleo.
• Actúa como barrera selectiva, evitando el tráfico libre de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.
• Manteniendo ambos compartimentos metabólicamente independientes.
• Los complejos de poros nucleares son los únicos canales de comunicación entre el núcleo y el citoplasma, permitiendo el intercambio controlado de moléculas entre ambos compartimentos.
• Este tráfico selectivo de moléculas (fundamentalmente ARN y proteínas) mantiene la composición interna del núcleo y regula la expresión génica.
• La envuelta nuclear posee una estructura compleja con dos membranas (externa e interna) y complejos poro-nucleares.

Complejos de Poro Nuclear

• Constituyen los únicos canales que permiten el paso de moléculas polares pequeñas y macromoléculas a través de la envuelta nuclear.
• Es una estructura compleja que permite el paso selectivo de proteínas y ARN entre el núcleo y el citoplasma.

Lámina Nuclear

• Es una red de fibras que proporciona soporte estructural al núcleo.
• Está formada por una o varias moléculas relacionadas llamadas láminas.
• Las láminas son proteínas fibrosas de 60-80 kDa.
• Las láminas se unen entre sí formando filamentos.

Ensamblaje de las Láminas entre sí

• El primer nivel de asociación es la interacción entre dos láminas para formar un dímero.
• Las zonas a-hélice de dos polipéptidos se enrollan formando una estructura enrollada (coiled coil).
• Los dímeros se asocian entre sí (cabeza con cola).
• Los filamentos resultantes interactúan entre sí para construir la lámina nuclear totalmente formado.
• La interacción de la lámina con la membrana nuclear interna se ve facilitada por la adición postraduccional de lípidos.
• Una matriz de láminas nucleares, en el núcleo, sirve como sitio de unión a la cromatina.

Organización Laminar

• Es esencial para la regulación del ADN y puede jugar un papel en la regulación de la transcripción.
• El receptor de lamina B (LBR) es una proteína de membrana integral de la envoltura nuclear durante interfase.
• La emerina es una proteína de 29 kDa, rica en serina con una región hidrofóbica de 20 aminoácidos, que puede anclarse a la membrana.
• El complejo LINC (enlazador de nucleoesqueleto y citoesqueleto).
• Proteínas con dominio SUN y proteínas con dominio KASH.

Síndrome de Hutchinson-Gilford Progeria (HGPS)

• Progeria es una enfermedad rara caracterizada por un envejecimiento acelerado.
• La forma clásica de progeria se denomina síndrome de Hutchinson-Gilford Progeria.
• La progeria se debe a una mutación en el gen LMNA.
• Las mutaciones en este gen producen inestabilidad nuclear.
• Las personas afectadas suelen morir de enfermedad cardíaca en la infancia tardía.

Transporte Selectivo

• Todas las proteínas que entran al núcleo están etiquetadas para ello.
• Estas proteínas tienen secuencias específicas de aminoácidos que funcionan como señales de localización nuclear.
• El transporte de proteínas del núcleo al citoplasma también está regulado por señales de exportación nuclear.

Importancia del Complejo del Poro Nuclear

• Tiene un papel fundamental en la fisiología de las células eucariotas.
• La capacidad de transporte depende del tamaño de las moléculas, siendo pasiva para pequeñas moléculas y activa para macromoléculas.
• El complejo del poro nuclear está constituido por 8 subunidades alrededor de un canal central.
• El canal central permite el transporte de los ARNs y las proteínas.

Organización interna del núcleo: Nucléolo y procesamiento del ARNr

• El nucléolo es la subestructura nuclear más destacada.
• Lugar de la transcripción y el procesamiento del ARNr y el ensamblaje de ribosomas.
• Contiene los genes para los ARNr (5S, 5.8S, 18S y 28S).

Organización interna del núcleo: Cromosomas y estructura de alto orden de la cromatina

• La cromatina se organiza en dominios funcionales que juegan un papel fundamental en la regulación de la expresión génica.
• Los cromosomas en la interfase, a pesar de parecerse uniformemente distribuidos, están ordenados en dominios y territorios.
• Cada cromosoma ocupa una zona específica del núcleo.
• Los genes que se transcriben activamente están en las periferias de los territorios.

Organización interna del núcleo: Nucléolo, cuerpos de Cajal y cuerpos PML

• En el núcleo hay otros dominios estructuralmente diferentes: nucléolo, cuerpos de Cajal, cuerpos PML.
• Los cuerpos de Cajal están enriquecidos en RNPs y parecen ser sitios de ensamblaje.
• Los cuerpos PML no son sitios de replicación o transcripción, pero están relacionados con la regulación transcripcional e identificados en células tumorales.

Organización interna del núcleo: Estructura de la cromatina en interfase. Histonas

• La cromatina, una estructura compleja de ADN y proteínas, tiene varios niveles de empaquetamiento.
• El nivel más básico son los nucleosomas, formados por ADN enrollado alrededor de un octámero de histonas.
• Los nucleosomas se agrupan en una estructura de 30 nm, que, a su vez, se condensa aún más para formar la cromatina en la mitosis.

Condensación de los cromosomas

• La cromatina interfásica se condensa en estructuras altamente compactadas, los cromosomas, durante la mitosis.
• Este proceso está regulado por la fosforilación de las histonas H1 y H3, mediados por la proteína quinasa Cdc2 (CDK1).

Otros procesos nucleares en regiones concretas del núcleo.

• Los genes transcritos activamente se localizan por todo el núcleo, pero los componentes del mecanismo de splicing están concentrados en regiones específicas del núcleo, los denominados "motas nucleares".
• Los motas nucleares son estructuras discretas dentro del núcleo que sirven como almacén para los componentes implicados en el splicing.