Biología (08) · Unidad 6 — Citoesqueleto, matriz y núcleo
El núcleo: envoltura y poros
El núcleo guarda el ADN y es donde se copia y se transcribe. Lo rodea una envoltura de dos membranas, la externa continua con el retículo endoplásmico rugoso, sostenida por dentro por la lámina nuclear. Todo lo que entra o sale pasa por los complejos del poro: las moléculas chicas difunden, y las grandes necesitan una señal y un transportador.
La explicación
El problema: separar la biblioteca del taller
En una bacteria, el ADN está suelto en el citoplasma y los ribosomas empiezan a leer un ARN mientras todavía se está fabricando. En las células eucariotas, el ADN vive aparte, en el núcleo, y los ribosomas trabajan afuera. Es como tener la biblioteca separada del taller: el ADN no se mueve, y lo que sale son copias (los ARN). Eso permite controlar mucho mejor qué se lee y cuándo, y procesar los ARN antes de mandarlos afuera (tema 7.3).
Las funciones del núcleo son, entonces: guardar el ADN, copiarlo antes de cada división (replicación) y transcribirlo a ARN, que después sale al citoplasma. Además, en el nucléolo se arman los ribosomas (tema 6.6).
Cuántos, cómo y dónde
Casi todas las células tienen un núcleo, de unos 5 a 10 µm: es la organela más grande y la que primero se ve al microscopio. Hay excepciones: el glóbulo rojo maduro de los mamíferos lo pierde (por eso no puede fabricar proteínas nuevas ni dividirse), y la fibra del músculo esquelético tiene cientos, porque se forma por la fusión de muchas células.
Los componentes del núcleo en interfase (cuando la célula no se está dividiendo) son: la envoltura nuclear con sus poros, la lámina nuclear, la cromatina (el ADN con sus proteínas, tema 6.5), el nucléolo y el líquido de adentro, el nucleoplasma.
La envoltura: dos membranas
Espacio perinuclear: entre las dos membranas; se continúa con el interior (lumen) del RE.
Membrana nuclear interna: mira al nucleoplasma; tiene proteínas que se unen a la lámina y a la cromatina.
Lámina nuclear: una malla de láminas (filamentos intermedios, tema 6.2) pegada por dentro a la membrana interna. Le da forma y firmeza al núcleo y ordena la cromatina.
Las dos membranas se tocan y se fusionan en muchos puntos, formando agujeros: ahí se ubican los poros.
¿De dónde salió una envoltura así? La hipótesis más aceptada es que la membrana plasmática de una célula ancestral se plegó hacia adentro alrededor del ADN, que estaba pegado a ella. Esos pliegues habrían rodeado al ADN y dado, a la vez, la doble membrana del núcleo y el retículo endoplásmico. Por eso las dos membranas son continuas con el RE, y por eso la envoltura es doble: el ADN quedó encerrado por una membrana plegada sobre sí misma.
El complejo del poro
Un poro no es un agujero vacío: es el complejo del poro nuclear, una estructura enorme de muchas proteínas (las nucleoporinas) con simetría octogonal: vista de frente, tiene ocho partes iguales alrededor de un canal central. Un núcleo tiene miles de poros.
Moléculas grandes: pasan sólo si llevan una señal. Las proteínas que tienen que entrar llevan una señal de localización nuclear (una secuencia corta de aminoácidos); unas proteínas transportadoras (importinas) la reconocen y las hacen pasar, gastando energía. Lo que sale tiene su propia señal y sus transportadores (exportinas).
Lo importante es que nada de esto cruza una bicapa lipídica: el poro es un canal que atraviesa las dos membranas a la vez, y una molécula que pasa por él no atraviesa ninguna membrana.
Entran: las proteínas que trabajan con el ADN (histonas, ADN y ARN polimerasas, factores de transcripción), las proteínas de los ribosomas y nucleótidos.
Salen: los ARN mensajeros ya procesados, los ARN de transferencia y las subunidades de los ribosomas, que se arman en el nucléolo y salen por separado.
El ADN no sale nunca.
La envoltura desaparece al dividirse
Al empezar la división (en la prometafase), las láminas se fosforilan, la malla se desarma y la envoltura se fragmenta en vesículas: así el huso puede llegar a los cromosomas. Al final de la división, la envoltura se vuelve a armar alrededor de cada juego de cromosomas.
1. ¿Es chica? Difunde por el poro sin ayuda.
2. ¿Es grande? Necesita señal y transportador; sin señal, se queda del lado donde se fabricó.
3. ¿Cuántas membranas cruza? Por el poro, ninguna.
Seguí el recorrido de tres moléculas en una célula animal: a) una histona, fabricada en un ribosoma del citosol, que tiene que llegar a la cromatina; b) un ARN mensajero recién procesado; c) una subunidad mayor del ribosoma, armada en el nucléolo. ¿Por dónde pasa cada una, en qué sentido, cuántas membranas cruza, y qué necesita para pasar?
El dato que ordena todo: el único camino entre el núcleo y el citoplasma es el complejo del poro, y por él no se cruza ninguna membrana.
b) El ARN mensajero. Se fabrica y se procesa en el núcleo y sale por un poro, unido a proteínas que lo exportan. Membranas: ninguna.
c) La subunidad mayor. Se arma en el nucléolo con ARN ribosomal (hecho ahí) y proteínas ribosomales (que antes entraron desde el citosol). Sale por un poro, sola: la subunidad menor sale por separado y se encuentran en el citoplasma. Membranas: ninguna.
Lo que muestra el ejercicio: el tráfico es en los dos sentidos y muy intenso. Proteínas que trabajan con el ADN entran; ARN y subunidades de ribosomas salen. El ADN se queda.
Dónde se pierde el punto: en contar dos membranas porque «la envoltura es doble». Es doble, pero el poro la atraviesa de lado a lado: lo que pasa por ahí no toca ninguna bicapa.
Un grupo de investigación inyecta en el citoplasma de una célula dos proteínas grandes y fluorescentes: la A lleva pegada una secuencia corta de aminoácidos tomada de una proteína nuclear; la B es igual pero sin esa secuencia. Además inyecta una tercera molécula, C, que es chica y no lleva señal. Predecí dónde estará cada una al cabo de una hora y explicá qué demuestra el experimento.
Lo que se pone a prueba: si esa secuencia corta alcanza para que una proteína entre al núcleo.
B (grande, sin la secuencia): en el citoplasma. Es demasiado grande para difundir por el poro, y sin señal nadie la entra.
C (chica, sin señal): repartida entre el núcleo y el citoplasma. Difunde libremente por el canal del poro.
Qué demuestra: que la secuencia es necesaria y suficiente para entrar al núcleo: es una dirección postal escrita en la propia proteína. Experimentos de este tipo son los que mostraron que el poro es selectivo y no un simple agujero.
Dónde se pierde el punto: en decir que C se queda afuera «porque no tiene señal». Las moléculas chicas no la necesitan: la señal hace falta para las grandes.
Dónde se cae la mayoría
- Creer que la envoltura nuclear es una sola membrana. Son dos, con un espacio entre ellas, y la externa es continua con el RE rugoso.
- Pensar que por el poro pasa cualquier cosa. Las moléculas chicas difunden; las grandes necesitan una señal y un transportador.
- Contar dos membranas para una proteína que entra al núcleo por el poro. El poro atraviesa la envoltura: la proteína no cruza ninguna bicapa.
- Decir que el ADN sale del núcleo para fabricar proteínas. El ADN no sale; salen copias de ARN.
- Creer que los ribosomas salen del núcleo armados. Salen las dos subunidades por separado y se juntan en el citoplasma.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
Practicar El núcleo: envoltura y poros →Dónde entra este tema en el parcial
- Segundo parcial — El epitelio de la tráquea15 puntos · resuelto paso a paso
Los otros temas de la unidad 6
Citoesqueleto, matriz y núcleo