El núcleo, su forma, estructura y sus funciones

El órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está rodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de DNA y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para ser detectables como estructuras independientes. El DNA del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y superenrrollada que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula. El núcleo está rodeado por una membrana doble, y la interacción con el resto de la célula (es decir, con el citoplasma) tiene lugar a través de unos orificios llamados poros nucleares. El nucleolo es una región especial en la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse en ribosomas. El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares. El RNA mensajero (mRNA) se sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el DNA y abandona el núcleo a través de los poros. Una vez en el citoplasma, el mRNA se acopla a los ribosomas y codifica la estructura primaria de una proteína específica. La llamada membrana nuclear parece ser, en realidad, una cisterna aplanada que se encuentra aplicada sobre la superficie del núcleo. Hay, por tanto, en ella dos unidades de membrana, una externa y otra interna. La capa externa es porosa, mientras que la interna es continua. No obstante, los poros están normalmente obturados. Un detalle importante es que en la superficie externa de la membrana hay gran cantidad de ribosomas. Al parecer, la membrana nuclear presenta también permeabilidad selectiva y delimita dos zonas, el carioplasma y el citoplasma, entre la que existe una diferencia de potencial.
Su estructura
La forma del núcleo es frecuentemente esférica o elíptica, aunque en algunas células es completamente irregular. En general, ocupa una posición característica y constante para cada tipo de célula. El tamaño del núcleo guarda relación con el volumen citoplasmático. En las células procariotas no existe una membrana nuclear definida, pero con técnicas adecuadas se puede demostrar la presencia de microfibrillas de ADN (ácido desoxirribonucleico), organizadas en un solo cromosoma. El núcleo se encuentra inmerso en el citoplasma. De él dependen importantes funciones de la célula, desde el punto de vista metabólico y desde el de la división celular. El núcleo en reposo tiene estructuras y dimensiones características.

El núcleo interfásico presenta al menos las siguientes partes diferenciadas:
Envoltura nuclear. Se basa en una doble membrana (2 bicapas lipídicas) reforzada por el citoesqueleto. Está perforada por poros nucleares, a través de los cuales el interior del núcleo se comunica con el citosol. La envoltura presenta ribosomas adheridos externamente y es la continuación del retículo endoplasmático rugoso. La envoltura nuclear se halla reforzada por dos armazones de filamentos intermedios, uno adosado a su superficie interna: la lámina nuclear. Y otro situado sobre la cara citosólica de la membrana externa.
Cromatina. Es la forma que toma el material hereditario durante la interfase del ciclo celular. Consiste en ADN asociado a proteínas.
Nucleoplasma, también llamado carioplasma o cariolinfa. Se trata del medio interno indiferenciado que llena el núcleo, semejante al citosol o hialoplasma, bañando a sus componentes.

El jugo nuclear o carioplasma es la materia fundamental que llena el núcleo y esta constituido por una disolución coloidal. La estructura del núcleo eucariótico varía considerablemente a lo largo de la vida de una célula. Los cambios de la estructura del núcleo son regulares y constantes, y están relacionados con la división celular. Cuando la célula llega a esa fase de su ciclo vital, se comprueba que desaparecen la membrana nuclear y el nucléolo, al mismo tiempo que se hacen aparentes los cromosomas.

Cada especia biológica tiene un número constante de cromosomas en sus células somáticas que, si bien sólo se distinguen como unidades independientes durante la división celular, conservan su individualidad permanente.
En la matriz del núcleo se encuentra la cromatina, llamada así porque se colorea intensamente al ser tratada con sustancias básicas, como la hematoxilina férrica. La cromatina esta dispuesta en el cariplasma es segmentos de longitud variable, que asumen una estructura más o menos compacta en función del estado en se encuentra la célula. Estas fibrillas llamadas cromosomas, son poco visibles y difícilmente coloreables durante el reposo, mientras que están bien delimitadas durante la división celular. En todo el núcleo celular se encuentra uno o varios núcleos menores de forma generalmente esférica y de carácter ácido. Es la estructura más conocida en casi todas las células animales y vegetales; está rodeado de forma característica por dos membranas concéntricas, es esférico y mide unos 5 µm de diámetro.
Es el organelo más sobresaliente de la célula eucariote. Puede presentar formas regulares o irregulares. Su tamaño es variable, pero en general está relacionado con el tamaño de la célula. El núcleo puede presentar en la célula diferentes localizaciones, pero en general su posición es fija y característica para una célula dada El número de núcleos por célula también es variable: es uno en la mayoría de las células; pueden ser dos, como en algunos hepatocitos, o muchos, como en los osteoblastos y las fibras musculares estriadas. Dentro del núcleo, las moléculas de ácido desoxirribonucleico (DNA) y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Cuando la célula entra en división, el núcleo pierde esta organización; la envoltura nuclear se fragmenta, con lo cual no hay barrera que impida el contacto entre el hialoplasma y el nucleoplasma; el nucleolo desaparece, y la cromatina se condensa y forma los cuerpos compactos denominados cromosomas.

Envoltura o membrana nuclear
Es una envoltura nuclear, que lo limita y separa del citoplasma, formada por dos membranas concéntricas perforadas por poros nucleares. A través de éstos se produce el transporte de moléculas entre el núcleo y el citoplasma. La membrana más externa es continua y unida al retículo endoplasmico rugoso y el espacio entre las dos membranas se encuentra conectado con el lumen del retículo y sus características y funciones son similares con las del núcleo.
Las membranas nucleares tienen fosfolípidos en sus bicapas. La membrana interior esta asociada como la lamina nuclear, la cual se caracteriza por ser una malla que le provee soporte al núcleo. Esta compuesta por proteínas llamadas lamininas, la mayoría de células eucariotas posee laminina A, B1, B2. Son proteínas que pesan alrededor de 60-80 kD, las cuales tienen un grosor de 30-100 nm, son proteínas relacionadas con el citoesqueleto celular. Estas lamininas están involucradas en la organización funcional del núcleo, pueden jugar un rol en el ensamble y desemsablaje del núcleo después de la mitosis. La asociación de 2 lamininas forma un dímero en el cual en su región ? se unen para formar polipéptidos que al unirse uno con otro crean una estructura de superenrollamiento y así mismo al asociarse con otros dímeros se forman la estructura conocida como lamina nuclear. Adicionalmente estas lamininas se unen a las proteínas integrales de membrana las cuales pueden ayudar a la organización de filamentos de laminina los cuales se convierten en sitios de unión de la membrana interna, como es lo que sucede con la cromatina.

Nucleosol
Se conoce también como jugo nuclear, nucleoplasma o carioplasma, el cual es el medio interno del núcleo donde se encuentran suspendidos el resto de los componentes nucleares, como la cromatina y los nucleolos

Nucléolo
Son masas densas y esféricas en las cuales se sintetiza el RNA ribosomico y en donde se producen las primeras fases de ensamblaje de los ribosomas. Las regiones del DNA que codifican al rRNA constituyen en conjunto la región organizadora nucleolar (NOR). Los nucleolos están formados por dos zonas: una fibrilar y otra granular. La fibrilar es interna y contiene DNA, la granular rodea a la anterior y contiene RNA y proteínas. El nucleolo se aumenta en número y tamaño cuando las células están estimuladas a producir proteínas, pero desaparece durante la división celular

Poros nucleares
Son los lugares donde la membrana interior y exterior del núcleo se unen. Estos son capaces de transportar sustancias al interior del núcleo pues posen un diámetro de 10 nm. Estos poros nucleares permiten el intercambio de péquenos elementos entre el núcleo y el citoplasma como por ejemplo iones, moléculas polares y macromoléculas como (proteínas y RNA). Son estructuras bastante complejas que poseen un diámetro de 120 nm y una masa molecular aproximada de 125 millones de Daltons, es aproximadamente 30 veces del tamaño de un ribosoma. Los mRNAs que son sintetizados en el núcleo son transportados eficientemente al citoplasma donde permiten la síntesis de proteínas. Es de anotar que las proteínas requeridas para funciones nucleares (factores de transcripción) deben ser transportadas desde el citoplasma al núcleo. Para el transporte de moléculas a través de los poros se necesitan dos diferentes mecanismos: Difusión pasiva donde pequeñas partículas de al menos de 20 kD pasan rápidamente a través de la membrana nuclear y el diámetro del canal en ese momento continua en 10 nm. Sin embargo la mayoría de proteínas y mRNAs son muy grandes para pasar por este canal para ello se necesita un transporte activo dependiente de energía en el cual estas son transportadas selectivamente en una sola dirección de núcleo a citoplasma o citoplasma a núcleo, en este momento el poro se abre hasta un diámetro de 25 nm en respuesta a señales especificas. El poro nuclear consiste en una estructura conformada por 8 gránulos organizados alrededor de un granulo central y conectadas estas estructuras a unos anillos en la superficie del núcleo y en el citoplasma, este complejo esta ensamblado entre la membrana externa e interna del núcleo. Además filamentos de proteína son extendidos desde los anillos nucleares formando una estructura en forma de canasta. El granulo central regula el transporte de moléculas a través del canal.

Cromatina
Constituida por DNA y proteínas, aparece durante la interfase; es una estructura altamente condensada durante la mitosis, pero cuando la célula entra en división la cromatina se organiza en estructuras individuales que son los cromosomas. Durante la interfase la cromatina (heterocromatina) permanece muy condensada y es transcripcionalmente inactiva mientras que la restante (eucromatina) se encuentra descondensada y se distribuye a través de núcleo. Las células poseen 2 tipos de cromatina: la heterocromatina constitutiva, la cual contiene secuencias de DNA que nunca se transcriben como lo son secuencias satélites que se encuentran en los centrómeros y la heterocromatina facultativa que se transcribe en diferentes tipos de células.

Los cromosomas
Son estructuras con forma de bastoncillo que aparecen durante la división del núcleo, cuando se rompe la envoltura nuclear. Están constituidos por ADN e histonas. Cada fibra de cromatina constituye un cromosoma, siendo su número constante en todas las células del organismo de una misma especie. La función básica es facilitar el reparto de la información genética contenida en el ADN de la célula madre entre sus dos células hijas.
La división celular se inicia cuando ya se ha duplicado el ADN. Por tanto, hay dos fibras idénticas de ADN, que se denominan cromátidas, y que permanecen unidas por un punto denominado centrómero. El cromosoma será distinto según la fase de la mitosis en la que se encuentre; así, el cromosoma metafásico presenta dos cromátidas unidas, mientras que el cromosoma anafásico presenta una sola cromátida.
El centrómero es una constricción primaria que separa los dos brazos del cromosoma, y los telómeros son los extremos de los brazos. Puede aparecer cerca del telómero una constricción secundaria que da lugar a un corto segmento denominado satélite.
Niveles de empaquetamiento en el cromosoma
Primer nivel de empaquetamiento de la cromatina: la fibra de 100Å.
Segundo nivel: la fibra de 300 Å. Éste es el nivel más bajo de empaquetamiento de un cromosoma, y se produce por el enrollamiento de la fibra de 100 Å sobre una histona denominada H1. Este modelo se denomina solenoide.
Tercer nivel: dominios estructurales en forma de bucle. El grado de empaquetamiento de los cromosomas en el núcleo es del orden de diez mil. Se ha observado que la fibra de 300 Å forma bucles, que según algunos autores están estabilizados en el centro del cromosoma por proteínas, formando el llamado armazón central o andamio.
Cuarto nivel: sería el formado por estos bucles enrollados sobre sí mismos. Seis bucles formarían una roseta y treinta rosetas seguidas un rodillo.
Quinto nivel: el cromosoma. Estaría formado por la sucesión de rodillos.


Funciones
Debido al hecho que este organelo contiene la cromatina, el núcleo resulta el depósito de prácticamente toda la información genética de la célula, y por lo tanto es el centro de control de la actividad celular y en él tienen lugar procesos tan importantes como la autoduplicación del DNA o replicación, antes de comenzar la división celular, y la transcripción o producción de los distintos tipos de ácidos ribonucléicos (RNAs), que servirán para la síntesis de proteínas. El mRNA por ejemplo, se sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el DNA y abandona el núcleo a través de los poros. A través de estos transporta factores de regulación y productos de los genes. Además se encarga de producir desenrrollamiento del DNA para que pueda presentar la replicación de los genes. El núcleo cambia de aspecto durante el ciclo celular y llega a desaparecer como tal. Por ello se describe el núcleo en interfase durante el cual se puede apreciar las siguientes partes en su estructura.

Entonces podemos decir que cumple con las siguientes funciones:

1-Dirige la actividad celular, ya que contiene el programa genético, que dirige el desarrollo y funcionamiento de la célula.
2-Es la sede de la replicación (duplicación del ADN) y la transcripción (síntesis de ARN), mientras que la traducción ocurre en el citoplasma. En las células procariotas todos esos procesos coinciden en el mismo compartimento c.