Núcleo celular para niños
El núcleo celular es una parte muy importante de las células eucariotas, que son las células que tienen un núcleo definido, como las de los animales, plantas y hongos. Generalmente se encuentra en el centro de la célula y está rodeado por una doble membrana.
Dentro del núcleo se guarda la mayor parte del material genético de la célula. Este material está organizado en largas cadenas de ADN (que es como un manual de instrucciones para la célula) y muchas proteínas, como las histonas. Juntos, forman lo que conocemos como cromosomas. El conjunto de todos los genes en esos cromosomas se llama genoma.
La función principal del núcleo es proteger estos genes y controlar todo lo que hace la célula. Lo logra regulando la expresión génica, que es el proceso por el cual la información de los genes se usa para crear las proteínas y otras moléculas que la célula necesita. Por eso, se dice que el núcleo es el "centro de control" de la célula.
La estructura principal del núcleo es la envoltura nuclear, una doble membrana que lo rodea por completo y lo separa del resto de la célula, llamado citoplasma. Esta envoltura tiene unos pequeños agujeros llamados poros nucleares, que son como puertas que permiten que ciertas sustancias entren y salgan del núcleo de forma controlada.
Aunque el núcleo no tiene compartimentos internos con membranas, su contenido sí está organizado. Hay unas estructuras más pequeñas llamadas "cuerpos subnucleares", que están hechas de proteínas y diferentes tipos de ARN. El más conocido de estos es el nucléolo, que se encarga principalmente de fabricar los ribosomas. Los ribosomas son como pequeñas fábricas que, una vez que salen del núcleo al citoplasma, leen las instrucciones del ARNm para construir las proteínas.
Datos para niños Núcleo celular |
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 Dibujo esquemático de la célula eucariota:
1. Nucleolo |
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| Nombre y clasificación | ||
| Latín | Nucleus | |
| TH | H1.00.01.0.00003 | |
| TH | H1.00.00.0.00003 y H1.00.01.2.00001 | |
| Estudiado (a) por | karyology | |
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Contenido
Descubrimiento del Núcleo Celular
El núcleo fue el primer orgánulo de la célula en ser descubierto. Uno de los primeros científicos en observarlo fue Anton van Leeuwenhoek (1632–1723) en 1719. Él notó un espacio o "lumen" (que era el núcleo) en los eritrocitos (glóbulos rojos) de salmón. A diferencia de los glóbulos rojos de los mamíferos, los de otros animales vertebrados sí tienen núcleo.
Más tarde, en 1804, Franz Bauer también lo describió, y en 1831, el botánico escocés Robert Brown lo estudió con más detalle. Brown estaba investigando orquídeas cuando vio una zona opaca en las células de la flor, a la que llamó "areola" o "núcleo". Sin embargo, en ese momento no se sabía para qué servía.
En 1838, Matthias Schleiden pensó que el núcleo ayudaba a crear nuevas células, llamándolo "citoblasto" (constructor de células). Pero otros científicos, como Robert Remak (1852) y Rudolf Virchow (1855), demostraron que las células solo se forman a partir de otras células ("Omnis cellula e cellula"). La verdadera función del núcleo seguía siendo un misterio.
Entre 1876 y 1878, Oscar Hertwig descubrió que el núcleo del espermatozoide se unía con el núcleo del oocito (óvulo) durante la fecundación en erizos de mar. Esto fue muy importante porque sugería que un nuevo ser vivo se desarrollaba a partir de una sola célula con núcleo. Eduard Strasburger confirmó esto en plantas en 1884. Estos descubrimientos abrieron el camino para entender que el núcleo es clave en la herencia. A principios del siglo XX, con el redescubrimiento de las leyes de Mendel y el estudio de la mitosis, se confirmó que el núcleo lleva la información genética.
Partes del Núcleo Celular
El núcleo es el orgánulo más grande en las células animales. En las células de mamíferos, mide unos 6 micrómetros (μm) de diámetro, ocupando cerca del 10% del volumen total de la célula. En las plantas, puede medir entre 5 y 25 μm, y en algunos hongos, es muy pequeño, de unos 0,5 μm.
El líquido espeso dentro del núcleo se llama nucleoplasma, y es parecido al citosol que está fuera del núcleo.
Envoltura y Poros Nucleares
La envoltura nuclear está formada por dos membranas paralelas, una interna y otra externa. Está llena de pequeños agujeros llamados poros nucleares. Estos poros permiten el paso de moléculas pequeñas entre el núcleo y el citoplasma, pero controlan estrictamente el paso de moléculas grandes.
La membrana nuclear externa se conecta con el retículo endoplásmico rugoso (RER) y también tiene ribosomas pegados. El espacio entre las dos membranas se llama espacio perinuclear.
Los poros nucleares son como túneles que permiten que moléculas pequeñas (de hasta 44,000 daltons) pasen libremente. Sin embargo, impiden que proteínas más grandes de 60,000 daltons entren al núcleo sin control. Esto ayuda a que el núcleo y el citoplasma tengan diferentes tipos de proteínas. Los poros están hechos de unas 30 proteínas diferentes llamadas nucleoporinas. Un núcleo de mamífero puede tener entre 3,000 y 4,000 poros.
Las moléculas grandes, como los ácidos nucleicos y las proteínas grandes, necesitan ser transportadas activamente al núcleo. La mayoría de las proteínas y algunas moléculas de ARN son transportadas por unas proteínas especiales llamadas carioferinas. Las importinas llevan cosas hacia el núcleo, y las exportinas las sacan.
Lámina Nuclear
En las células animales, hay una red de filamentos intermedios que da soporte al núcleo. Esta red se llama lámina nuclear y se encuentra en la parte interna de la envoltura nuclear. También sirve para anclar los cromosomas y los poros nucleares.
La lámina nuclear está hecha de proteínas llamadas laminas. Estas laminas se forman en el citoplasma y luego viajan al núcleo para unirse a la red. Las mutaciones en los genes de las laminas pueden causar enfermedades llamadas laminopatías, como la progeria, que hace que las personas envejezcan muy rápido.
Cromosomas
El núcleo celular contiene la mayor parte del material genético de la célula en forma de ADN. Este ADN se organiza en estructuras llamadas cromatina. Durante la división celular, la cromatina se compacta y forma los cromosomas, que tienen una forma definida. Una pequeña parte de los genes se encuentra en otros orgánulos, como las mitocondrias.
La cromatina está formada por segmentos de ADN unidos a proteínas llamadas histonas y no histonas. Hay dos tipos de cromatina:
- La eucromatina es menos compacta y contiene genes que la célula usa con frecuencia.
- La heterocromatina es más compacta y contiene ADN que se usa menos. Se divide en facultativa (que puede cambiar) y constitutiva (que siempre está compacta, como en los telómeros y centrómeros de los cromosomas).
Nucléolo
El nucléolo es una estructura densa dentro del núcleo que no tiene membrana propia. Se forma alrededor de las regiones del ADN que codifican el ARN ribosómico (ARNr). Su función principal es fabricar el ARNr y ensamblar los ribosomas.
Cuando se observa con un microscopio electrónico, el nucléolo tiene tres regiones: los centros fibrilares, el componente fibrilar denso y el componente granular. La fabricación del ARNr ocurre en los centros fibrilares, su procesamiento en el componente fibrilar denso, y los últimos pasos del ensamblaje de los ribosomas en el componente granular.
Otros Cuerpos Subnucleares
Además del nucléolo, el núcleo tiene otros cuerpos sin membrana. Algunos de ellos son:
- Cuerpos de Cajal: Son estructuras compactas que miden entre 0.2 y 2.0 μm. Están involucrados en el procesamiento de diferentes tipos de ARN.
- GEMs (Géminis de cuerpos enrollados): Son muy parecidos a los cuerpos de Cajal y se cree que los ayudan en sus funciones.
- Cuerpos PML: Son cuerpos esféricos dispersos en el núcleo que miden entre 0.2 y 1.0 μm. Se cree que regulan la transcripción genética. A veces se usan como marcadores en células de tumores.
- Paraspeckles: Son compartimentos irregulares que se encuentran en el espacio entre la cromatina. Son estructuras dinámicas que cambian según la actividad de la célula.
- Speckles: También llamados "agrupaciones de gránulos intercromatínicos", son ricos en ARN y proteínas necesarias para el procesamiento del ARNm.
- Cuerpos de escisión: Se asocian con los cuerpos de Cajal y aparecen en ciertos momentos del ciclo celular.
- Cuerpos DDX1: Son grupos de la proteína DDX1 y parecen ayudar en la reparación del ADN cuando este sufre daños.
Funciones del Núcleo Celular
La función principal del núcleo es controlar la expresión génica y ayudar en la replicación del ADN durante el ciclo celular. Al tener una envoltura, el núcleo puede regular mejor estos procesos, algo que no ocurre en las células procariotas (que no tienen núcleo).
Las funciones clave del núcleo son:
- Guardar los genes en forma de cromosomas o cromatina.
- Transportar moléculas importantes a través de los poros nucleares.
- Producir ARN mensajero (ARNm), que lleva las instrucciones para hacer proteínas.
- Producir pre-ribosomas (ARNr) en el nucléolo.
Compartimentación Celular
La envoltura nuclear permite que el núcleo controle lo que entra y sale, separando su contenido del resto del citoplasma. Esto es vital para regular procesos en ambos lados de la membrana nuclear. Por ejemplo, si la célula necesita detener un proceso en el citoplasma, una molécula clave puede ser llevada al núcleo para detener la producción de ciertas enzimas.
Para controlar qué genes se activan, la célula puede impedir que ciertas proteínas (llamadas factores de transcripción) entren al núcleo hasta que sean activadas por otras señales. Esto evita que se produzcan proteínas innecesarias.
La separación que ofrece el núcleo también es importante para que el ARNm se procese correctamente. El ARNm contiene partes que deben ser eliminadas (llamadas intrones) antes de que se pueda usar para hacer proteínas. Este proceso ocurre dentro del núcleo. Si no hubiera núcleo, los ribosomas intentarían leer el ARNm sin procesar, lo que resultaría en proteínas defectuosas.
Expresión Génica
La expresión génica comienza con la transcripción, donde el ADN se usa como molde para crear ARN. Si el gen codifica una proteína, el ARN resultante es el ARN mensajero (ARNm). Este ARNm debe salir del núcleo para ser traducido por los ribosomas en el citoplasma.
El núcleo tiene muchas proteínas que participan en la transcripción o en su regulación. Entre ellas están las helicasas (que desenrollan el ADN), la ARN polimerasa (que sintetiza el ARN) y los factores de transcripción (que regulan qué genes se activan).
Procesamiento del pre-ARNm
Las moléculas de ARNm recién hechas se llaman transcritos primarios o pre-ARNm. Antes de salir del núcleo, deben ser modificadas. Si no se modifican, se degradan en lugar de usarse para hacer proteínas. Las tres modificaciones principales son:
- Añadir una "capucha" en el extremo 5'.
- Añadir una "cola" de poliadenina en el extremo 3'.
- El ayuste de ARN, donde se eliminan los intrones y se unen los exones.
Este proceso de ayuste es muy importante porque permite que un solo gen pueda producir diferentes proteínas, lo que se conoce como ayuste alternativo.
Dinámica y Regulación del Núcleo
Transporte Nuclear
El paso de moléculas grandes dentro y fuera del núcleo está muy controlado por los poros nucleares. Las moléculas pequeñas pueden pasar libremente, pero las macromoléculas (como el ARN y las proteínas) necesitan ayuda. Las importinas las llevan al núcleo, y las exportinas las sacan.
Las proteínas que van al núcleo tienen una "señal de localización nuclear" (NLS), y las que salen tienen una "señal de exportación nuclear" (NES). Estas señales son reconocidas por las importinas y exportinas. El transporte es regulado por una enzima llamada Ran, que usa energía del GTP.
Este mecanismo de transporte es diferente al de otros orgánulos. Aquí, las proteínas entran al núcleo sin necesidad de desplegarse, y las señales de localización nuclear no se eliminan, porque las proteínas nucleares deben volver a entrar al núcleo después de cada división celular.
Ensamblaje y Desensamblaje
El núcleo puede desarmarse y volverse a armar durante la división celular o durante la apoptosis (muerte celular programada).
Durante el ciclo celular, la célula se divide en dos. Para que esto ocurra, los cromosomas deben replicarse y luego separarse en las dos nuevas células. En muchas células, la envoltura nuclear se desarma al principio de la división (en la profase y prometafase) para que los microtúbulos puedan unirse a los cromosomas y separarlos. Al final de la división, la envoltura nuclear y la lámina nuclear se vuelven a formar.
La apoptosis es un proceso controlado donde la célula se autodestruye. Durante la apoptosis, la cromatina se condensa y la envoltura nuclear y la lámina se desintegran. Esto es controlado por unas enzimas llamadas caspasas.
La envoltura nuclear también actúa como una barrera contra los virus. Algunos virus necesitan entrar al núcleo para replicarse. Por ejemplo, los herpesvirus se replican dentro del núcleo y salen de él, lo que implica que la lámina nuclear se desarme.
Células sin Núcleo y con Múltiples Núcleos
Aunque la mayoría de las células tienen un solo núcleo, algunas no tienen ninguno y otras tienen varios. Esto puede ser normal o el resultado de un problema en la división celular.
Las células anucleadas no tienen núcleo y, por lo tanto, no pueden dividirse. El ejemplo más conocido son los eritrocitos (glóbulos rojos) de los mamíferos. Estos glóbulos rojos pierden su núcleo y otros orgánulos durante su desarrollo para poder transportar oxígeno de manera más eficiente.
Las células polinucleadas tienen varios núcleos. Esto es normal en algunos protozoos, algunos hongos y en los músculos esqueléticos de los humanos (llamados miocitos). En los músculos, tener varios núcleos permite que haya más espacio para las miofibrillas, que son las estructuras que permiten la contracción. A veces, las células con muchos núcleos pueden ser una señal de problemas, como en algunos casos de inflamación o tumores.
Evolución del Núcleo
El origen del núcleo es un tema muy interesante para los científicos. Hay varias teorías sobre cómo apareció el núcleo en las células eucariotas:
Teorías Endosimbióticas
Una teoría, el "modelo sintrófico", sugiere que el núcleo surgió de una relación de simbiosis entre dos tipos de organismos muy antiguos: arqueas y bacterias. Se cree que una arquea fue "invadida" por una bacteria, y esta bacteria se convirtió en el núcleo primitivo. Esta idea es similar a cómo se cree que surgieron las mitocondrias y los cloroplastos.
Otra teoría, la eucariogénesis viral, propone que el núcleo y otras características de las células eucariotas surgieron de la infección de un antepasado procariota por un virus de ADN grande. Esto se basa en similitudes entre eucariotas y virus, como las cadenas lineales de ADN.
Teorías No Endosimbióticas
Este modelo sugiere que las células eucariotas evolucionaron directamente de las bacterias, sin una etapa de simbiosis. Se basa en la existencia de algunas bacterias modernas que tienen estructuras internas con membranas y poros primitivos, parecidas a un núcleo.
Finalmente, una teoría más reciente, la hipótesis de la exomembrana, propone que el núcleo se originó cuando una célula ancestral desarrolló una segunda membrana externa. La membrana original se convirtió entonces en la envoltura nuclear, desarrollando poros para el paso de moléculas.
Véase también
En inglés: Cell nucleus Facts for Kids
