Núcleo: Definición, Estructura y Función (con Diagrama)

La célula es el componente organizacional y funcional fundamental en los seres vivos, siendo el constructo natural más simple que incluye todas las propiedades asignadas a la vida. de hecho, algunos organismos están formados por una sola célula. La característica visual y funcional más destacada de una célula típica es su núcleo.

La mejor analogía del núcleo celular es que, al menos en los eucariotas , es el "cerebro" de la célula. de la misma manera que un cerebro literal es el centro de control del animal padre. En los procariotas , que no tienen núcleos, el material genético se encuentra en un cúmulo suelto característico en el citoplasma de la célula. Si bien algunas células eucariotas son anucleadas (p. ej., glóbulos rojos), la mayoría de las células humanas contienen uno o más núcleos que almacenan información, envían comandos y realizan otras funciones celulares "superiores".

custodiando la fortaleza: el núcleo es uno de los muchos orgánulos (en francés, "órgano pequeño") que se encuentran en las células eucariotas. todas las células están unidas a la membrana por una membrana doble , generalmente llamada simplemente membrana celular ; todos los orgánulos también tienen una membrana de plasma doble que separa el orgánulo del citoplasma , la sustancia gelatinosa que constituye la mayor parte de la masa del interior de una célula.

Normalmente, el núcleo es el orgánulo más prominente cuando una célula se observa bajo un microscopio, y es incuestionablemente preeminente en términos de importancia de la función.

Al igual que el cerebro de un animal, aunque cuidadosamente protegido en un espacio físico lo más seguro posible, tiene que comunicarse con el resto del cuerpo de varias maneras, el núcleo bien protegido intercambia material con el resto de la célula a través de una variedad de mecanismos. Mientras que el cerebro humano tiene la suerte de estar protegido por un cráneo huesudo, el núcleo se basa en una envoltura nuclear para su protección.

Ya que el núcleo está dentro de una estructura que está protegida del mundo externo por una membrana celular (y en el caso de las plantas, una pared celular), las amenazas específicas al núcleo deben ser mínimas.

Conozca al equipo de seguridad nuclear: la envoltura nuclear tiene las características de una membrana de plasma doble, como la que rodea a todos los orgánulos. Contiene aberturas llamadas poros nucleares , a través de las cuales se pueden intercambiar sustancias con el citoplasma celular de acuerdo con los requisitos en tiempo real.

estos poros controlan activamente el transporte de moléculas más grandes, como las proteínas, dentro y fuera del núcleo propiamente dicho. Sin embargo, las moléculas más pequeñas, como el agua, los iones (por ejemplo, el calcio) y los ácidos nucleicos, como el ácido ribonucleico (rna) y el trifosfato de adenosina (atp , una fuente de energía), pueden pasar libremente de un lado a otro a través de los poros.

De esta manera, la propia envoltura nuclear, aparte de su contenido, contribuye a la regulación de la información transmitida desde el núcleo al resto de la célula.

El negocio del gobierno nuclear: el núcleo contiene ácido desoxirribonucleico (ADN) empaquetado en cadenas moleculares enrolladas llamadas cromatina . esto funciona como el material genético de la célula, y la cromatina se divide en humanos en 46 unidades pareadas llamadas cromosomas . Cada cromosoma no es más que una hebra extremadamente larga de ADN junto con una amplia variedad de proteínas llamadas histonas .

finalmente, el núcleo también contiene uno o más nucleolos ( nucleolo singular ). Esta es una condensación de ADN que codifica para los orgánulos conocidos como ribosomas . Los ribosomas, a su vez, son responsables de la fabricación de casi todas las proteínas en el cuerpo. bajo un microscopio, el nucleolo aparece oscuro en relación con su entorno.

como se señaló, la molécula fundamental de la cromatina y los cromosomas en el núcleo, y por lo tanto la molécula básica de la información genética, es el ADN. el ADN consiste en monómeros llamados nucleótidos , cada uno de los cuales a su vez tiene tres subunidades : un azúcar de cinco carbonos llamado desoxirribosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada . las secciones de azúcar y fosfato de la molécula son invariantes, pero la base nitrogenada viene en cuatro tipos: adenina (a), citosina (c), guanina (g) y timina (t).

un solo nucleótido contiene así un fosfato unido a la desoxirribosa, que está unido en su lado opuesto a la base nitrogenada presente. los nucleótidos se denominan, lógicamente, por la base nitrogenada que contienen (por ejemplo, a, c, g o t). Finalmente, el fosfato de un nucleótido se une a la desoxirribosa del siguiente, creando así una cadena larga o cadena de ADN.

Poner el ADN en forma: en la naturaleza, sin embargo, el ADN no es de una sola hebra, sino de una doble hebra . esto ocurre a través de la unión entre las bases nitrogenadas de las cadenas adyacentes. críticamente, los tipos de enlaces que pueden formarse en esta disposición están limitados a at y cg.

esto tiene una variedad de implicaciones funcionales, una de las cuales es que si se conoce la secuencia de los nucleótidos en una cadena de ADN, se puede deducir la secuencia de la cadena a la que se puede unir. Sobre la base de esta relación, en un ADN de doble cadena, una línea es complementaria de la otra.

El ADN de doble cadena está, cuando no está perturbado por factores externos, en forma de doble hélice .

esto significa que las hebras unidas complementarias están unidas por enlaces entre sus bases nitrogenadas, formando algo así como una escalera, y que los extremos de esta construcción en forma de escalera están torcidos en direcciones opuestas entre sí.

Si ha visto una escalera de caracol, en cierto sentido ha visto a qué se parece una doble hélice de ADN. en el núcleo, sin embargo, el ADN está muy apretado; de hecho, para funcionar en una célula animal, cada célula debe contener suficiente ADN para alcanzar un asombroso 6 pies si se estirara de extremo a extremo. Esto se logra a través de la formación de cromatina.

La cromatina, el experto en eficiencia celular : la cromatina consiste en ADN y proteínas llamadas histonas. las porciones que contienen ADN solo se alternan con secciones que contienen ADN envuelto alrededor de las histonas. los componentes de la histona en realidad consisten en octetos , o grupos de ocho. estas ocho subunidades vienen en cuatro pares. donde el ADN se encuentra con estos octetos de histonas, se envuelve alrededor de las histonas, como un hilo enrollado alrededor de un carrete . El complejo de ADN-histona resultante se llama un nucleosoma .

los nucleosomas se enrollan en estructuras llamadas solenoides , que se enrollan aún más en otras estructuras y así sucesivamente; esta exquisita capa de enrollado y empaquetado es lo que finalmente permite que tanta información genética se condense en un espacio tan pequeño.

La cromatina de los humanos se divide en 46 piezas distintas, que son los cromosomas. cada uno recibe 23 cromosomas de cada padre . 44 de estos 46 cromosomas están numerados y emparejados, de modo que todos obtengan dos copias del cromosoma 1, dos del cromosoma 2 y así sucesivamente hasta 22. los cromosomas restantes son los cromosomas sexuales.

un hombre tiene un cromosoma x y uno y, mientras que una mujer tiene dos cromosomas x . 23 se considera el número haploide en humanos, mientras que 46 se denomina número diploide . Con la excepción de las células llamadas gametos, todas las células de una persona contienen un número diploide de cromosomas, una sola copia completa de los cromosomas heredados de cada padre.

La cromatina en realidad viene en dos tipos, heterocromatina y eucromatina . la heterocromatina está muy bien empaquetada incluso para los estándares de la cromatina en general, y su ADN no suele transcribirse al ARN que codifica un producto proteico funcional. La eucromatina está agrupada menos estrechamente, y se transcribe típicamente.

La disposición más suelta de la eucromatina facilita que las moléculas que participan en la transcripción puedan acceder al ADN de cerca.

La transcripción, el proceso mediante el cual se utiliza el ADN para crear una molécula mensajera de ARN ( mrna ), tiene lugar en el núcleo.

Este es el primer paso en el llamado "dogma central" de la biología molecular: el ADN se transcribe para hacer un mensajero, que luego se traduce en proteínas. ADN contiene los genes , que son simplemente longitudes únicas de ADN que codifican proteínas dadas. La síntesis definitiva del producto proteico es lo que los científicos quieren decir cuando mencionan la expresión génica .

al comienzo de la transcripción, la doble hélice de ADN en la región a transcribir se desenrolla parcialmente, lo que resulta en una burbuja de transcripción. en este punto, las enzimas y otras proteínas que contribuyen a la transcripción han migrado a la región. Algunos de estos se unen a una secuencia de ADN de nucleótidos llamada promotor .

la respuesta en el sitio del promotor determina si el gen "corriente abajo" se transcribirá o si se ignorará.

messenger rna se ensambla a partir de nucleótidos, que son los mismos que los que se encuentran en el ADN, excepto por dos características: el azúcar es ribosa en lugar de desoxirribosa y la base nitrogenada uracilo (u) ocupa el lugar de la timina. estos nucleótidos se unen para crear una molécula que es casi idéntica a la cadena complementaria del ADN utilizado como plantilla para la transcripción. por lo tanto, una hebra de ADN con la secuencia de bases atcggct tendría una hebra de ADN complementaria de tagccga y un producto de transcripción mrna de uagccgu.

• cada combinación de tres nucleótidos (aaa, aac, etc.) lleva el código para un aminoácido distinto. Los 20 aminoácidos que se encuentran en el cuerpo humano son los que componen las proteínas. 
• Ya que hay 64 combinaciones posibles de tres bases de entre un total de cuatro (4 elevadas a la potencia de 3), algunos aminoácidos tienen codones múltiples  , como se les llama, asociados con ellos. pero cada codón codifica invariablemente el mismo aminoácido. 
• Los errores de transcripción ocurren en la naturaleza, lo que lleva a productos proteicos mutados o incompletos en la línea, pero en general, tales errores son estadísticamente raros, y su impacto general es afortunadamente limitado.

Una vez que el mrna ha sido transcrito completamente, se aleja del ADN sobre el cual se reunió. luego sufre un empalme, que elimina las porciones no codificantes de proteínas de mrna ( intrones ) mientras deja intactos los segmentos codificadores de proteínas ( exones ). este mrna procesado deja el núcleo para el citoplasma. finalmente, se encontrará con un ribosoma, y ​​el código que lleva en la forma de su secuencia de base se traducirá en una proteína particular.

La mitosis es el proceso de cinco fases (algunas fuentes anteriores enumeran cuatro fases) mediante las cuales una célula replica su ADN, lo que significa replicar sus cromosomas y las estructuras asociadas con ellos, incluido el núcleo.

al comienzo de la mitosis, los cromosomas, que hasta este momento en el ciclo de vida de la célula se han sentado bastante flojos en el núcleo, se condensan mucho más, mientras que el nucleolo hace lo contrario y se vuelve más difícil de visualizar; Durante la segunda de las cinco etapas básicas de la mitosis, llamada prometaphase , la envoltura nuclear desaparece.

• en algunas especies, notablemente la levadura del hongo, la envoltura nuclear permanece intacta durante toda la mitosis; Este proceso se conoce como mitosis cerrada.

La disolución de la envoltura nuclear se controla mediante la adición y eliminación de grupos fosfato a proteínas dentro del núcleo. estas reacciones de fosforilación y desfosforilación están reguladas por enzimas llamadas quinasas . la membrana nuclear que forma la envoltura se reduce a una variedad de pequeñas vesículas membranosas, y los poros nucleares que estaban presentes en la envoltura nuclear se separan (recuerde que estos no son meros agujeros en la envoltura, sino canales que están regulados activamente para evitar que ciertas sustancias ingresen y salgan del núcleo de forma incontrolada).

• la envoltura está formada en gran parte por proteínas llamadas  láminas , y cuando la envoltura se disuelve, las láminas se despolimerizan y en su lugar existen brevemente como  dímeros , o grupos de dos subunidades. 

Durante la telofase , el último paso en la mitosis, se forman dos nuevas envolturas nucleares alrededor de los dos conjuntos de cromosomas hijos, y toda la célula se divide en el proceso de citocinesis para completar la división celular.