Estructura y Función del Núcleo Celular
Mapa conceptual
El núcleo celular es esencial en células eucariotas, albergando el genoma y regulando su expresión. La envoltura nuclear, compuesta por dos membranas y perforada por poros, permite el intercambio selectivo de moléculas. La lámina nuclear brinda soporte estructural, mientras que la matriz nuclear organiza el espacio nuclear. El nucleolo se encarga de la biogénesis de ribosomas. La cromatina, organizada en nucleosomas, está sujeta a modificaciones epigenéticas que afectan la transcripción y la expresión génica.
Resumen
Esquema
Ubicación y Estructura del Núcleo Celular
El núcleo celular es un orgánulo distintivo de las células eucariotas, ubicado en diferentes regiones de la célula dependiendo de su tipo y función. Puede encontrarse en la parte apical, central o basal y su forma puede variar, no siendo necesariamente esférica. Algunas células, como los eritrocitos maduros, carecen de núcleo (anucleadas), mientras que otras, como las células epiteliales, poseen un único núcleo (mononucleadas), y las células musculares esqueléticas son multinucleadas (polinucleadas). El núcleo se presenta en dos estados principales: el núcleo interfásico, caracterizado por la presencia de cromatina en estados de condensación variable y una envoltura nuclear intacta, y el núcleo mitótico, donde la cromatina se condensa máximamente y la envoltura nuclear se desintegra para permitir la segregación de los cromosomas.Componentes de la Envoltura Nuclear y la Lámina Nuclear
La envoltura nuclear consiste en dos membranas lipídicas, la interna y la externa, que están conectadas al retículo endoplasmático y perforadas por complejos de poro nuclear (NPCs). Estos NPCs están compuestos por múltiples proteínas denominadas nucleoporinas, que incluyen componentes estructurales, de membrana y con dominios FG, facilitando el transporte selectivo de moléculas entre el núcleo y el citoplasma. La lámina nuclear, formada por láminas A, B y C, es una red de filamentos intermedios que proporciona soporte estructural al núcleo y sirve de plataforma para la anclaje de proteínas con dominios SUN y KASH, que se conectan con el citoesqueleto. Durante la mitosis, la envoltura nuclear se desensambla debido a la fosforilación de las láminas nucleares, y se reensambla en la telofase.La Matriz Nuclear y el Nucleolo
La matriz nuclear, que incluye tanto el nucleoesqueleto como el nucleoplasma, es fundamental para la organización espacial del núcleo y para anclar fibras de cromatina y guiar los transcritos de RNA. Contiene secuencias de DNA conocidas como regiones de asociación a la matriz (SARs y MARs). El nucleolo es una estructura subnuclear dedicada a la biogénesis de ribosomas y se compone de tres regiones principales: el centro fibrilar, los componentes densos fibrilares y el componente granular, cada uno con roles específicos en la síntesis y ensamblaje del rRNA y las subunidades ribosómicas.Transporte entre el Núcleo y el Citoplasma
El intercambio de moléculas entre el núcleo y el citoplasma es un proceso regulado que requiere señales de localización nuclear y receptores de transporte específicos. Las proteínas son importadas al núcleo por complejos importadores como la importina, y exportadas por exportinas. La GTPasa Ran juega un papel crucial en la dirección del transporte. Los mRNA son exportados del núcleo en forma de complejos ribonucleoproteicos (mRNP), que incluyen proteínas de unión al mRNA como NXF1 y NXT1, y se reconfiguran durante su paso a través de los NPCs.Organización y Regulación del Genoma Eucariota
El genoma eucariota está compuesto por secuencias de DNA tanto repetidas como únicas, que incluyen genes que codifican proteínas, secuencias no codificantes y pseudogenes. La cromatina se organiza en nucleosomas, que consisten en DNA enrollado alrededor de octámeros de histonas. La estructura de la cromatina es dinámica y está sujeta a modificaciones epigenéticas como la metilación del DNA y la acetilación de histonas, que influyen en la accesibilidad y transcripción de genes. Los territorios cromosómicos son regiones del núcleo donde la cromatina se reorganiza para facilitar o restringir la transcripción.Replicación, Reparación y Recombinación del DNA
La replicación del DNA se lleva a cabo durante la fase S del ciclo celular y se caracteriza por la síntesis de una hebra líder continua y una hebra rezagada discontinua. La reparación del DNA se efectúa mediante diversos mecanismos que incluyen la excisión de bases erróneas y su reemplazo por las correctas, seguido de la ligación. La recombinación del DNA es un proceso esencial durante la meiosis que facilita el intercambio genético entre cromosomas homólogos mediante el entrecruzamiento.Transcripción y Regulación de la Expresión Génica
La transcripción del DNA a RNA en eucariotas se realiza en el núcleo e implica la formación de pre-mRNA, que posteriormente es procesado mediante splicing, adición de una caperuza 5' y una cola poliA 3'. La transcripción requiere la participación de factores de transcripción generales y específicos, así como alteraciones en la estructura de la cromatina para permitir el acceso de la maquinaria transcripcional. La regulación de la expresión génica es un proceso multifacético que involucra la interacción de factores de transcripción con el estado epigenético del gen y la presencia de proteínas nucleares que modulan la actividad transcripcional.
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Ubicación del Núcleo Celular
Partes de la célula donde se encuentra el núcleo
El núcleo puede encontrarse en la parte apical, central o basal de la célula
Forma del núcleo
El núcleo puede tener diferentes formas, no necesariamente esférica
Tipos de células según su núcleo
Las células pueden ser anucleadas, mononucleadas o polinucleadas dependiendo de la presencia de uno o varios núcleos
Estados del Núcleo Celular
Núcleo interfásico
Durante la interfase, el núcleo presenta cromatina en diferentes estados de condensación y una envoltura nuclear intacta
Núcleo mitótico
Durante la mitosis, la cromatina se condensa al máximo y la envoltura nuclear se desintegra para permitir la segregación de los cromosomas
Componentes de la Envoltura Nuclear y la Lámina Nuclear
Envoltura nuclear
La envoltura nuclear está formada por dos membranas lipídicas conectadas al retículo endoplasmático y perforadas por complejos de poro nuclear
Lámina nuclear
La lámina nuclear es una red de filamentos intermedios que proporciona soporte estructural al núcleo y sirve de plataforma para el anclaje de proteínas con dominios SUN y KASH
Matriz Nuclear y Nucleolo
Matriz nuclear
La matriz nuclear, compuesta por el nucleoesqueleto y el nucleoplasma, es fundamental para la organización espacial del núcleo y para anclar fibras de cromatina y guiar los transcritos de RNA
Nucleolo
El nucleolo es una estructura subnuclear dedicada a la biogénesis de ribosomas y se compone de tres regiones principales: el centro fibrilar, los componentes densos fibrilares y el componente granular
Transporte entre el Núcleo y el Citoplasma
Intercambio de moléculas
El intercambio de moléculas entre el núcleo y el citoplasma es un proceso regulado que requiere señales de localización nuclear y receptores de transporte específicos
Proteínas importadas y exportadas
Las proteínas son importadas al núcleo por complejos importadores como la importina, y exportadas por exportinas, con la ayuda de la GTPasa Ran
Exportación de mRNA
Los mRNA son exportados del núcleo en forma de complejos ribonucleoproteicos, que incluyen proteínas de unión al mRNA y se reconfiguran durante su paso a través de los NPCs
Organización y Regulación del Genoma Eucariota
Composición del genoma eucariota
El genoma eucariota está compuesto por secuencias de DNA repetidas y únicas, que incluyen genes, secuencias no codificantes y pseudogenes
Estructura de la cromatina
La cromatina se organiza en nucleosomas, que consisten en DNA enrollado alrededor de octámeros de histonas, y está sujeta a modificaciones epigenéticas que influyen en la accesibilidad y transcripción de genes
Territorios cromosómicos
Los territorios cromosómicos son regiones del núcleo donde la cromatina se reorganiza para facilitar o restringir la transcripción
Replicación, Reparación y Recombinación del DNA
Replicación del DNA
La replicación del DNA se lleva a cabo durante la fase S del ciclo celular y se caracteriza por la síntesis de una hebra líder continua y una hebra rezagada discontinua
Reparación del DNA
La reparación del DNA se efectúa mediante diversos mecanismos que incluyen la excisión de bases erróneas y su reemplazo por las correctas
Recombinación del DNA
La recombinación del DNA es un proceso esencial durante la meiosis que facilita el intercambio genético entre cromosomas homólogos mediante el entrecruzamiento
Transcripción y Regulación de la Expresión Génica
Transcripción del DNA a RNA
La transcripción del DNA a RNA en eucariotas se realiza en el núcleo e implica la formación de pre-mRNA, que posteriormente es procesado mediante splicing y adición de una caperuza 5' y una cola poliA 3'
Factores de transcripción y estructura de la cromatina
La transcripción requiere la participación de factores de transcripción generales y específicos, así como alteraciones en la estructura de la cromatina para permitir el acceso de la maquinaria transcripcional
Regulación de la expresión génica
La regulación de la expresión génica es un proceso multifacético que involucra la interacción de factores de transcripción con el estado epigenético del gen y la presencia de proteínas nucleares que modulan la actividad transcripcional
Estructura y Función del Núcleo Celular
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00
Ubicación del núcleo celular
Varía según tipo y función celular: apical, central, basal; no siempre esférico.
01
Núcleo interfásico
Cromatina en condensación variable, envoltura nuclear intacta.
02
Núcleo mitótico
Cromatina altamente condensada, desintegración de la envoltura nuclear para segregación cromosómica.
