NUCLI CEL·LULAR: CARACTERÍSTIQUES, FUNCIONS, ESTRUCTURA - BIOLOGIA - 2025

El nucli cel·lular és un compartiment fonamental de les cèl·lules eucariotes. És l'estructura més conspícua d'aquest tipus cel·lular i té el material genètic. Dirigeix tots els processos cel·lulars: conté totes les instruccions codificades en l'ADN per dur a terme les reaccions necessàries. Està implicat en els processos de divisió cel·lular.

Totes les cèl·lules eucariotes presenten un nucli, a excepció d'alguns exemples puntuals com els glòbuls vermells (eritròcits) madurs en mamífers i les cèl·lules de l'floema en les plantes. Igualment, hi ha cèl·lules amb més d'un nucli, com algunes cèl·lules musculars, hepatòcits i neurones.

El nucli va ser descobert l'any 1802 per Franz Bauer; però, el 1830 el científic Robert Brown també va observar aquesta estructura i es va popularitzar com el seu principal descobridor. A causa de la seva gran mida, pot ser observat clarament sota un microscopi. A més, és una estructura de fàcil tinció.

El nucli no és un ens esfèric homogeni i estàtic amb ADN dispers. És una estructura complexa i intricada amb diferents components i parts al seu interior. A més, és dinàmic i canvia constantment al llarg de l'cicle cel·lular.

Característiques

El nucli és l'estructura principal que permet la diferenciació entre cèl·lules eucariotes i procariotes. És el compartiment cel·lular més gran. Generalment, el nucli es troba proper a centre de la cèl·lula, però hi ha excepcions, com plasmocitos i cèl·lules epitelials.

És un orgànul amb forma d'esfera d'uns 5 micres de diàmetre de mitjana, però pot arribar a 12 micres, depenent de el tipus de cel lular. Puc ocupar aproximadament un 10% de l'volum cel·lular total.

Posseeix un embolcall nuclear formada per dues membranes que el separa de l'citoplasma. El material genètic està organitzat juntament amb proteïnes al seu interior.

Tot i que a l'interior de l'nucli no hi ha altres subcompartimientos membranosos, si es poden distingir una sèrie de components o regions dins de l'estructura que tinguin funcions específiques.

funcions

A l'nucli se li atribueixen un nombre extraordinari de funcions, ja que conté el patrimoni de tota la informació genètica de la cèl·lula (excloent l'ADN mitocondrial i l'ADN dels cloroplasts) i dirigeix ​​els processos de divisió cel·lular. En resum, les principals funcions de l'nucli són les següents:

Regulació gènica

L'existència d'una barrera lipídica entre el material genètic i la resta dels components citoplasmàtics ajuda a disminuir la interferència d'altres components en el funcionament de l'ADN. Això representa una innovació evolutiva de gran importància per als grups d'eucariotes.

Tall i entroncament

El procés de tall i entroncament d'ARN missatger ocorre en el nucli, abans que la molècula es desplaci a l'citoplasma.

L'objectiu d'aquest procés és l'eliminació d'introns ("trossos" de material genètic que no són codificants i que interrompen als exons, zones que si són codificants) de l'ARN. Posteriorment l'ARN surt de l'nucli, on és traduït a proteïnes.

Hi ha altres funcions més específiques de cada estructura de l'nucli que es discutiran més endavant.

Estructura i composició

El nucli consta de tres parts definides: l'embolcall nuclear, la cromatina i el nuclèol. A continuació descriurem amb detall cada estructura:

embolcall nuclear

L'embolcall nuclear es compon de membranes de naturalesa lipídica i separa el nucli de la resta dels components cel·lulars. Aquesta membrana és doble i entre aquestes queda un petit espai anomenat espai perinuclear.

El sistema de membranes intern i extern forma una estructura contínua amb el reticle endoplasmàtic

Aquest sistema de membranes està interromput per una sèrie de porus. Aquests canals nuclears permeten l'intercanvi de material amb el citoplasma per que el nucli no està completament aïllat de la resta dels components.

Complex de el porus nuclear

Per mitjà d'aquests porus ocorre l'intercanvi de substàncies de dues formes: passiva, sense necessitat de despesa d'energia; o activa, amb despesa energètica. De manera passiva poden entrar i sortir petites molècules com aigua o sals, menors a 9 nm o 30-40 kDa.

Això passa en contrast amb molècules d'alt pes molecular, que requereixen ATP (energia-adenosina trifosfat) per desplaçar-se per aquests compartiments. Les molècules grans inclouen trossos d'ARN (àcid ribonucleic) o altres biomolècules de naturalesa proteica.

Els porus no són simplement forats pels que transiten molècules. Són estructures proteïnes d'una grandària important, que poden contenir 100 o 200 proteïnes i es denominen "complex de l'porus nuclear". Estructuralment, s'assembla bastant a una cistella de basquetbol. Aquestes proteïnes es denominen nucleoporinas.

Aquest complex s'ha trobat en gran quantitat d'organismes: des dels llevats fins als humans. A més de la funció de transport cel·lular, també està implicat en la regulació d'expressió gènica. Són una estructura indispensable per als eucariotes.

Quant a la seva mida i nombre, el complex pot portar a una mida de 125 MDa en vertebrats, i un nucli en aquest grup animal pot posseir uns 2000 porus. Aquestes característiques varien d'acord amb el taxó estudiat.

cromatina

La cromatina es troba en el nucli, però no podem considerar-la com un compartiment de la mateixa. Rep aquest nom per l'excel·lent capacitat per acolorir i ser observada al microscopi.

L'ADN és una molècula lineal extremadament llarga en eucariotes. La seva compactació és un procés clau. El material genètic es troba associat a una sèrie de proteïnes anomenades histones, que tenen alta afinitat per l'ADN. També hi ha altres tipus de proteïnes que poden interaccionar amb l'ADN i no són histones.

A les histones l'ADN s'enrotlla i forma els cromosomes. Aquests són estructures dinàmiques i no es troben constantment en la seva forma típica (les Xs i Ys que estem acostumats a observar en les il·lustracions dels llibres). Aquest acord només apareix durant els processos de divisió cel·lular.

A la resta de les etapes (quan la cèl·lula no està en procés de divisió), els cromosomes individuals no es poden distingir. Aquest fet no suggereix que els cromosomes estan dispersos de manera homogènia o desordenada pel nucli.

A la interfase, els cromosomes s'organitzen en dominis específics. En cèl·lules de mamífers, cada cromosoma ocupa un "territori" específic.

Tipus de cromatina

Es poden distingir dos tipus de cromatina: l'heterocromatina i l'eucromatina. La primera es troba altament condensada i se situa en la perifèria de l'nucli, de manera que la maquinària de transcripció no té accés d'aquests gens. L'eucromatina s'organitza de manera més laxa.

L'heterocromatina es divideix en dos tipus: l'heterocromatina constitutiva, que mai s'expressa; i l'heterocromatina facultativa, que no es transcriu en algunes cèl·lules i en altres si.

L'exemple més famós de l'heterocromatina com a regulador de l'expressió gènica és la condensació i inactivació de l'cromosoma X. En mamífers, les femelles posseeixen cromosomes sexuals XX, mentre que els mascles són XY.

Per qüestions de dosificació gènica, les femelles no poden tenir el doble de gens en X que els mascles. Per evitar aquest conflicte, un cromosoma X s'inactiva (convertint-se en heterocromatina) de manera aleatòria en cada cèl·lula.

nuclèol

El nuclèol és una estructura interna de l'nucli molt rellevant. No és un compartiment delimitat per estructures membranoses, és una zona més fosca de l'nucli amb funcions específiques.

En aquesta zona s'agrupen els gens que codifiquen per l'ARN ribosomal, transcrits per la RNA polimerasa I. En l'ADN humà, aquests gens es troben en els satèl·lits dels següents cromosomes: 13, 14, 15, 21 i 22. Aquests són els organitzadors nucleolars.

Al seu torn, el nuclèol està separat en tres regions discretes: centres fibril·lars, components fibrilars i els components granulars.

Estudis recents han acumulat cada vegada més evidència de possibles funcions addicionals de l'nuclèol, no només restringit a la síntesi i acoblament de l'ARN ribosomal.

Actualment es creu que el nuclèol pugui estar implicat en acoblament i síntesi de diferents proteïnes. També s'han evidenciat modificacions postranscripcionals en aquesta zona nuclear.

El nuclèol també està implicat en funcions de regulació. Un estudi va demostrar com estava relacionat amb proteïnes supressores de tumors.

Cossos de Cajal

Els cossos de Cajal (també anomenats coiled bodies) porten aquest nom en honor al seu descobridor, Santiago Ramón i Cajal. Aquest investigador va observar aquests corpuscles en neurones en l'any 1903.

Són petites estructures en formes d'esferes i hi d'1 a 5 còpies per nucli. Aquests cossos són molt complexos amb un nombre força elevat de components, entre aquests factors de transcripció i maquinària relacionada amb el splicing.

Aquestes estructures esfèriques s'han trobat en diferents parts de l'nucli, ja que són estructures mòbils. Generalment es troben en el nucleoplasma, tot i que en cèl·lules cancerígenes han estat trobades en el nuclèol.

Hi ha dos tipus de cossos de Caixes en el nucli, classificats d'acord amb la seva grandària: els grans i els petits.

Cossos PML

Els cossos PML (per les sigles en anglès, promyelocytic leukemia) són petites zones esfèriques subnucleares amb importància clínica, ja que han estat relacionats amb infeccions virals i oncogènesi.

En la literatura es coneixen per una varietat de noms, com a domini nuclear 10, cossos de Kremer i dominis oncogènics PML.

Un nucli posseeix de 10 a 30 d'aquests dominis i posseeixen un diàmetre de 0,2 a 1,0 micres. Dins de les seves funcions destaca la regulació de gens i síntesi de RNA.

referències

1. Adam, SA (2001). The nuclear pore complex. Genome biology, 2 (9), reviews0007.1-reviews0007.6.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologia: la vida a la terra. Pearson educació.
3. Boisvert, FM, Hendzel, MJ, & Bazett-Jones, DP (2000). Promyelocytic leukemia (PML) nuclear bodies are protein structures that do not Accumulate RNA. The Journal of cell biology, 148 (2), 283-292.
4. Busch, H. (2012). The cell nucleus. Elsevier.
5. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). The cell: a molecular approach. Sunderland, MA: Sinauer associates.
6. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biologia. Ed. Mèdica Panamericana.
7. Dundr, M., & Misteli, T. (2001). Functional architecture in the cell nucleus. Biochemical Journal, 356 (2), 297-310.
8. Eynard, AR, Valentich, MA, & Rovasio, RA (2008). Histologia i embriologia de l'ésser humà: bases cel·lulars i moleculars. Ed. Mèdica Panamericana.
9. Hetzer, MW (2010). The nuclear envelope. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 2 (3), a000539.
10. Kabachinski, G., & Schwartz, TU (2015). The nuclear pore complex-structure and function at una mirada. Journal of Cell Science, 128 (3), 423-429.
11. Montaner, AT (2002). El cos accessori de Cajal. Rev esp patol, 35, (4), 529-532.
12. Newport, JW, & Forbes, DJ (1987). The nucleus: structure, function, and dynamics. Annual review of biochemistry, 56 (1), 535-565.