Poro nuclear para niños
Los poros nucleares son estructuras grandes hechas de proteínas. Atraviesan la envoltura nuclear, que es una doble capa que rodea el núcleo celular de las células eucariotas. Las células eucariotas son aquellas que tienen un núcleo bien definido.
Cada poro nuclear es un conjunto muy grande de moléculas. Está hecho de muchas copias de unas 30 proteínas distintas, llamadas nucleoporinas. En total, un poro puede tener entre 500 y 800 nucleoporinas.
Aunque su composición y tamaño pueden variar un poco entre diferentes seres vivos, su estructura y función principal son muy parecidas en todas las especies. En una célula de vertebrado, puede haber cerca de 4000 poros nucleares. Sin embargo, este número cambia según el tipo de célula.
El complejo del poro nuclear (CPN) es como la puerta del núcleo. Todas las moléculas deben pasar por él para ir del núcleo al citoplasma (la parte de la célula fuera del núcleo) y viceversa. La envoltura nuclear y los poros nucleares controlan este transporte. También ayudan a organizar el material genético y la forma en que los genes funcionan.
Contenido
¿Qué son los poros nucleares?
Los poros nucleares son estructuras muy activas y complejas. No son solo agujeros simples en la envoltura nuclear. La idea de que eran complejos, y no solo orificios, surgió a finales del Siglo XX. Esto fue posible gracias a nuevas formas de estudiar las células a nivel molecular.
¿Cuántos poros nucleares hay?
El número y la cantidad de poros nucleares varían mucho. Dependen del tipo de célula y del momento en el ciclo de vida de la célula.
En los vertebrados, se calcula que hay un promedio de 11 poros por cada micrómetro cuadrado (µm²) en la envoltura nuclear. Si se calcula para toda la superficie del núcleo, esto daría un total de 2000 a 4000 poros por núcleo. Las levaduras, por ejemplo, tienen un promedio de poco más de 200 poros por cada µm² de su envoltura nuclear.
El número de poros nucleares aumenta cuando la célula se divide. También puede aumentar por la acción de ciertas hormonas. Las células que crecen rápidamente, como las de los embriones o las de algunos tumores, tienen una alta densidad de poros nucleares.
¿Cómo es la estructura de un poro nuclear?
Los poros nucleares son estructuras de proteínas que están incrustadas en la doble membrana de la envoltura nuclear. El poro nuclear tiene dos partes principales:
- El componente externo del CPN
Está en la parte exterior del poro, muy cerca de las membranas nuclear interna y externa que forman el poro.
- El componente interno del CPN
Es la parte central del poro. Se ve como una "rueda de carreta" o una "rosquilla" con forma octogonal. Está formada por proteínas llamadas nucleoporinas. Tiene ocho "radios" que rodean un canal central. Este canal es por donde se transportan las moléculas grandes.
| Organismo | Tamaño | Peso | Investigador |
|---|---|---|---|
| Levadura | 102-128 nm | 60-66 MDa | Fahrenkrog 2011 |
| Xenopus | 120-150 nm | 110-125 MDa | Cohen 2012 |
| Humano | ~140 nm | ~110 MDa | Lin 2019 |
El poro nuclear mide entre 100 y 150 nanómetros (nm) de diámetro. Su canal interno útil mide unos 40 nm de diámetro y tiene una altura de 50 a 70 nm.
Las membranas nuclear externa e interna de la envoltura nuclear se unen en el lugar donde se encuentra el poro. Los anillos externos (o citoplasmáticos) y los anillos internos (o nucleares) del poro están muy cerca de la membrana nuclear que lo rodea.
El poro nuclear es un conjunto muy grande de moléculas. Está formado por muchas copias de 30 tipos diferentes de proteínas, sumando un total de 456 nucleoporinas.
¿Qué son las nucleoporinas?
Las proteínas que forman los poros nucleares se llaman nucleoporinas (Nups). Un poro nuclear está compuesto por muchas copias de unas 30 nucleoporinas diferentes. En total, puede haber alrededor de 500 Nups, y hasta 800 en mamíferos.
Casi la mitad de las nucleoporinas tienen una forma específica, como una alfa solenoide o una beta hélice. La otra mitad son proteínas muy flexibles que no tienen una forma fija. Estas proteínas flexibles se llaman nucleoporinas FG. Se llaman así porque tienen muchas repeticiones de los péptidos fenilalanina y glicina en su secuencia.
¿Cuál es la función de los poros nucleares?
El complejo del poro nuclear (CPN) es la "puerta" del núcleo. Todas las moléculas grandes deben pasar por él para ir del núcleo al citoplasma y viceversa.
Los poros nucleares permiten que las moléculas que se disuelven en agua pasen a través de la doble membrana de la envoltura nuclear. Esto incluye el movimiento de ARN y ARN ribosómico desde el núcleo hacia el citoplasma. También permite el movimiento de proteínas (como las polimerasas y las láminas), carbohidratos, moléculas de señal y lípidos hacia el núcleo.
Se calcula que un poro nuclear puede mover activamente 1000 moléculas por segundo. Las moléculas pequeñas, como los nutrientes y los iones, pueden pasar libremente por los poros. Sin embargo, el paso de moléculas más grandes está limitado por su tamaño y sus características. Para que las moléculas grandes entren o salgan del núcleo, necesitan la ayuda de "receptores de transporte nuclear". Estos receptores atraviesan los poros de forma facilitada.
Aunque las moléculas pequeñas pasan por difusión simple (sin ayuda) a través de los poros, las moléculas más grandes necesitan ser reconocidas por señales específicas. Luego, con la ayuda de las nucleoporinas, se mueven hacia o desde el núcleo. Este proceso se conoce como el ciclo RAN. Cada una de las ocho partes de proteína que rodean el poro (el anillo externo) tiene una proteína en forma de "radio" que se extiende hacia el canal del poro. El centro del poro a menudo parece tener una estructura similar a un "tapón". Todavía no se sabe si es un tapón real o simplemente moléculas que se quedan atrapadas mientras se mueven.
Transporte a través del poro nuclear
Las partículas pequeñas (de menos de 50 kDa) pueden pasar por el poro nuclear de forma pasiva, es decir, sin gastar energía. Las partículas más grandes también pueden pasar, pero de forma muy lenta. Para un paso eficiente, se necesitan varias proteínas. El transporte por los poros nucleares es facilitado por receptores llamados carioferinas. Estos receptores son necesarios para el transporte de moléculas de más de 40 kDa entre el núcleo y el citoplasma. Sin estos receptores, las nucleoporinas FG actúan como una barrera física que impide el paso de moléculas grandes. Las carioferinas pueden actuar como "importinas" (para entrar al núcleo) o "exportinas" (para salir del núcleo). Todas pertenecen a una gran familia de proteínas con una estructura tridimensional similar.
Se han propuesto tres modelos para explicar cómo se mueven las moléculas:
- Por diferencias de afinidad a través del centro del poro.
- Por una apertura aleatoria.
- Por una fase selectiva.
Entrada de proteínas al núcleo
Cualquier partícula que tenga una "señal de localización nuclear" (NLS) será transportada de forma rápida y eficiente a través del poro. Se conocen muchas señales de localización nuclear. Generalmente, contienen una secuencia de aminoácidos con partes básicas, como PKKKRKV. Cualquier material con una señal de localización nuclear será llevado al núcleo por las importinas.
El proceso clásico para que las partículas con una señal de localización nuclear entren al núcleo comienza así: primero, la α-importina se une a la señal de localización nuclear. Luego, actúa como un puente para unir la β-importina. Después, el complejo (la carga, la β-importina y la α-importina) se dirige al poro nuclear y lo atraviesa. Una vez que el complejo está en el núcleo, una molécula llamada RanGTP se une a la β-importina y la separa del complejo. Luego, otra proteína llamada CAS (una exportina que está unida a RanGTP en el núcleo) separa la α-importina de la carga. Así, la proteína con la señal de localización nuclear queda libre en el núcleo. Los complejos β-importina-RanGTP y α-importina-CAS-RanGTP vuelven al citoplasma. Allí, el GTP se convierte en GDP, lo que libera la β-importina y la α-importina, que quedan disponibles para transportar nuevas proteínas.
Aunque la carga pasa por el poro con la ayuda de proteínas chaperonas, el paso por el poro en sí no gasta energía. Sin embargo, todo el proceso de entrada al núcleo necesita energía (se gastan dos moléculas de GTP). Por lo tanto, se considera un transporte activo. Este proceso funciona gracias a una diferencia en la concentración de RanGTP entre el núcleo y el citoplasma. Hay más RanGTP en el núcleo porque allí se encuentran unas proteínas llamadas RanGEFs, que cambian el GDP a GTP en las moléculas de Ran.
Salida de proteínas del núcleo
Algunas moléculas del núcleo necesitan salir hacia el citoplasma, como las partes de los ribosomas y los ARN mensajeros. Por eso, existe un mecanismo de salida similar al de entrada.
En el proceso clásico de salida, las proteínas con una "secuencia de exportación nuclear" (NES) pueden unirse en el núcleo para formar un complejo con una exportina y RanGTP (por ejemplo, la exportina CRM1). Este complejo puede pasar al citoplasma. Allí, el GTP se convierte en GDP y la proteína con la secuencia de exportación nuclear se libera. El complejo CRM1-RanGDP vuelve al núcleo, donde el GDP se cambia a GTP por las RanGEFs. Este proceso también gasta energía, ya que consume GTP. La salida con CRM1 puede ser bloqueada por una sustancia llamada leptomicina C.
Galería de imágenes
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Poros nucleares (indicados abajo), mostrados aquí como agujeros vacíos en el espesor de la Envoltura nuclear.
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Poro nuclear como complejo molecular (a la derecha en amarillo). Corte y vista lateral. 1= Envoltura nuclear.
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Poros Nucleares sobre la Envoltura nuclear. Xenopus.
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Complejo macromolecular a baja definición. rueca octogonal en una vista superior. (2005)
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Esquema de Poro nuclear (NPC), cuatro andamios de anillo Citoplasmático (en amarillo), Interno (en rosa), Nuclear (en cian) y Luminal de la cisterna nuclear (en azul marino).
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Complejo macromolecular del poro nuclear.
Véase también
- Sistema endomembranoso
