El núcleo celular es un componente clave de las células eucariotas, albergando el material genético y controlando la expresión genética. Su envoltura nuclear, compuesta por dos membranas, separa el núcleo del citoplasma y permite el tráfico de macromoléculas a través de complejos de poro nuclear. La cromatina, formada por ADN y proteínas histonas, presenta dos formas, eucromatina y heterocromatina, que afectan su empaquetamiento y actividad genética.

1. Núcleo Celular: Envoltura nuclear,
Nucléolo, Cromatina
César Amanzo López
2011

2. La separación del material genético del citoplasma
circundante es una de las características
más importantes que distingue a las células
eucariotas de las procariotas.
Amanzo Núcleo celular 2

3. Núcleo celular
• Almacena el material genético.
• “cerebro” de la célula.
• Controla la expresión genética.
• Protege al ADN.
Amanzo Núcleo celular 3

4. La aparición de la
envoltura nuclear es
un hito importante en
la evolución biológica.
Permitió mantener al
ADN en un ambiente
más seguro para su
conservación.
Amanzo Núcleo celular 4

5. Membrana nuclear
Ribosomas
externa
Envoltura Complejo de Poro
nuclear Nuclear
Membrana nuclear
interna
Lámina
nuclear
Núcleo Cromatina Heterocromatina
celular (ADN + Histonas)
Eucromatina
Nucleolo
Nucleoplasma
Amanzo Núcleo celular 5

6. Envoltura nuclear
• La envoltura nuclear separa el genoma nuclear
(ADN + Histonas) del citoplasma.
• Define el compartimiento nuclear.
• Consiste en dos membranas concéntricas que son
penetradas por los complejos de poro nuclear.
• La membrana nuclear interna y externa se
continúan pero mantiene una diferente
composición proteica.
Amanzo Núcleo celular 6

7. Amanzo Núcleo celular 7

8. Amanzo Núcleo celular 8

9. Membrana
• Se relaciona con el citoplasma.
nuclear externa
• Continua con la membrana del
Retículo Endoplasmático Rugoso.
Citoplasma
• Interactúa con ribosomas
involucrados en la síntesis de
proteínas.
• Las proteínas sintetizadas son
transportadas hacia el espacio
nucleoplasma perinuclear que se continúa con
la luz del Retículo Endoplasmático.
Amanzo Núcleo celular 9

10. Membrana
nuclear interna • Se relaciona con el
nucleoplasma.
Citoplasma
• Tiene proteínas de anclaje para
la cromatina y la lámina
nuclear.
• Carece de ribosomas.
• Se continua con la membrana
nucleoplasma
nuclear externa.
Amanzo Núcleo celular 10

11. Amanzo Núcleo celular 11

12. • Las membranas de la envoltura
nuclear sirven como una barrera
que impide el paso libre entre el
núcleo y el citoplasma a los
iones, solutos y
macromoléculas.
• Las dos membranas se
fusionan en los lugares
de formación de los complejos
de poro nuclear estructurado
por varias proteínas complejas.
Amanzo Núcleo celular 12

13. Amanzo Núcleo celular 13

14. NPC: Complejo de poro nuclear
NM: Membranas nucleares
HC: Heterocromatina
Amanzo Núcleo celular 14

15. Lámina nuclear
• Red proteica de filamentos
intermedios tipo V.
• Constituye el nucleoesqueleto
celular.
• Tiene un espesor de 75 ƞm.
• Determina el tamaño y la forma
nuclear.
• Posibilita la integridad mecánica y la
posición de los complejos de poro
nuclear.
• Proporciona el soporte estructural a
la envoltura nuclear.
Amanzo Núcleo celular 15

16. Lámina nuclear
• Mantienen el núcleo en su forma esférica.
• Permite el montaje y desmontaje de la envoltura
nuclear durante la división celular (desmontaje
del núcleo en la mitosis y el montaje del núcleo en las
células hijas).
• Interviene durante:
– Replicación del ADN.
– Transcripción del ADN.
– Apoptosis.
Amanzo Núcleo celular 16

17. Amanzo Núcleo celular 17

18. Lámina nuclear
• La lámina forma un interfaz
molecular entre la membrana
nuclear interna y la cromatina.
• Las lamininas estructuran la lámina
nuclear.
• En menor concentración, las
lamininas se distribuyen por todo el
nucleoplasma.
• Las lamininas A y C se unen a la
heterocromatina.
• La laminina B se une al receptor de
lamina B (LBR), que está conectado a
la envoltura nuclear, como una
proteína de membrana.
Amanzo Núcleo celular 18

19. • La fosforilación de las lamininas A y C las solubiliza durante la
profase, lo que permite la disolución de la lámina nuclear.
• La laminina B permanece unido a su receptor durante la
profase.
Amanzo Núcleo celular 19

20. Amanzo Núcleo celular 20

21. Amanzo Núcleo celular 21

22. Complejo de poro nuclear (CPN)
• Son estructuras de gran tamaño.
• Atraviesan las membranas nucleares de todas las
células eucariotas.
• No son estructuras transmembrana como ocurría
con las proteínas integrales, sino que se podrían
considerar como complejos proteicos asociados a las
membranas de la envoltura nuclear.
• Las proteínas que forman parte del complejo del
poro se denominan nucleoporinas.
Amanzo Núcleo celular 22

23. Complejo de poro nuclear (CPN)
• En las células animales
cada CPN tiene:
– Una masa molecular estimada:
125 millones de daltons.
– Cerca de 30 proteínas
diferentes (nucleoporinas), que
están presentes en múltiples
copias y se organizan con una
simetría octogonal.
Amanzo Núcleo celular 23

24. Complejo de poro nuclear (CPN)
• Las proteínas que forman los
complejos de poro nuclear se
organizan formando anillos:
– anillo citoplasmático orientado
hacia el citoplasma
– anillo radial situado en el
espacio que deja la envuelta
nuclear y es responsable de
anclar el complejo del poro a las
membranas de la envoltura
nuclear.
– anillo nuclear que se orienta
hacia el nucleoplasma.
Amanzo Núcleo celular 24

25. Complejo de poro nuclear (CPN)
• Además, desde cada bloque se
proyectan fibrillas proteicas:
– Hacia el citoplasma las
filamentos citoplasmáticos.
– Hacia el interior del núcleo
los filamentos nucleares que
se conectan a otro conjunto
de proteínas que forman el
anillo distal constituyendo la
canastilla o jaula nuclear o
Amanzo Núcleo celular 25

26. Amanzo Núcleo celular 26

27. Complejo de poro nuclear (CPN)
• El diámetro de un poro nuclear es de unos 80 nm pero el
espacio útil para el paso de las moléculas que se
transportan es de unos 50 nm.
• La envoltura nuclear de una célula de mamífero típica
contiene 3000 -4000 CPNs
• El tráfico total que pasa por cada CPN es enorme.
• Cada CPN puede:
– Transportar hasta 500 macromoléculas por segundo.
– Pueden transportar en ambas direcciones al mismo
tiempo.
Amanzo Núcleo celular 27

28. Amanzo Núcleo celular 28

29. Nups: nucleoporinas
NATURE REVIEWS | Molecular cell Biology Volume 11 july 2010
Amanzo Núcleo celular 29

30. Complejos de
poro nuclear
observados
mediante ME
Amanzo Núcleo celular 30

31. Complejo de poro nuclear (CPN)
• La envoltura nuclear • Las moléculas pequeñas
de una célula de ( 5000 daltons) difunden
mamífero típica contiene rápidamente por el CPN y
3000 - 4000 CPNs se puede considerar una
permeabilidad libre para
• Cada CPN contiene uno o ellos.
más conductos acuosos, a • Las proteínas de gran
través del cual pequeñas tamaño, atraviesan el
moléculas solubles en CPN muy lentamente.
agua pueden difundir • Las proteínas > 60.000
pasivamente. daltons pueden atravesar
escasamente por difusión
pasiva.
Amanzo Núcleo celular 31

32. Complejo de poro nuclear (CPN)
• Muchas proteínas del CPN que se
alinean en el poro central
contienen extensas regiones no
estructuradas que forman una
maraña desordenada que bloquean
el paso de macromoléculas grandes
por la abertura central del CPN.
• Dejan pequeñas aberturas para
permitir la difusión de moléculas
más pequeñas.
Amanzo Núcleo celular 32

33. Amanzo Núcleo celular 33

34. Tráfico bidireccional entre el citosol y el núcleo
• Se produce de forma continua entre el citosol y el
núcleo:
– Las diversas proteínas que funcionan en el núcleo son
importados de forma selectiva desde el citosol donde son
sintetizadas hacia el compartimiento nuclear.
• Histonas
• ADN polimerasas
• ARN polimerasas
• Proteínas reguladoras de genes
• Proteínas procesadoras de ARN
– Los ARNt y ARNm son sintetizados en el compartimiento
nuclear y luego exportados al citosol.
– Los ARNm se exportan sólo después de haber sido
debidamente modificados (procesamiento del ARNm) en
el núcleo.
Amanzo Núcleo celular 34

35. Las subunidades ribosomales son ensambladas
en el núcleo y exportadas hacia el citosol.
• El proceso de exportación e importación es selectiva.
• Las proteínas ribosomales son sintetizadas en el
citosol e importados hacia el núcleo, donde se
reúnen con el ARN ribosomal formando las
subunidades ribosomales.
• Las subunidades ribosomales son exportadas al
citoplasma, donde se ensamblan para formar los
ribosomas.
• Cada uno de estos pasos requiere de transporte
selectivo a través de la membrana nuclear.
Amanzo Núcleo celular 35

36. Amanzo Núcleo celular 36

37. Importación nuclear
• Las señales de localización nuclear son reconocidas
por los receptores de importación nuclear
(importinas), que son codificadas por una familia de
genes relacionados.
• Cada miembro de la familia codifica una proteína
receptora (importina) que está especializada en el
transporte de un subconjunto de proteínas de carga.
• Las proteínas de carga contienen señales de
localización nuclear a la que el receptor se une.
Amanzo Núcleo celular 37

38. Importación nuclear
• Los receptores de
importación son proteínas
solubles citosólicas que se
unen a:
– la señal de localización nuclear
de la proteína para ser
transportada.
– las proteínas del CPN, algunas
de los cuales forman las
fibrillas del CPN que se
extienden hacia el citosol.
Amanzo Núcleo celular 38

39. Importación
• El complejo receptor-carga se
nuclear mueven a lo largo de la ruta de
transporte mediante uniones y
disociaciones repetidas y
vuelve a unirse a secuencias FG
repetidas adyacentes.
• El complejo receptor-carga
salta de una nucleoproteína a
otra en el interior del CPN.
Los dominios repetidos
Fenilalanina-Glicina delas • Una vez dentro del núcleo, los
nucleoproteínas (Nup) son los receptores de importación se
sitios de unión para los
receptores de importación. disocian de su carga y vuelven
NTF: Factor de Transporte Nuclear o Receptor o
Importina
al citosol.
Amanzo Núcleo celular 39

40. Amanzo Núcleo celular 40

41. Importación nuclear de esferas de oro
coloidal cubiertas con péptidos
Amanzo Núcleo celular 41

42. Exportación • El sistema de transporte se
nuclear basa en las señales de
exportación nuclear de las
macromoléculas a
exportar así como de los
receptores
complementarios de
exportación nuclear.
• Estos receptores se unen
tanto a la señal de
exportación y a las
La exportación nuclear de moléculas grandes,
como las nuevas subunidades ribosomales y proteínas del CPN para
moléculas de ARN, se produce a través de los guiar su carga hacia el
CPN y también depende de un sistema de
transporte selectivo. citosol.
Amanzo Núcleo celular 42

43. Amanzo Núcleo celular 43

44. importación exportación
• La importación de proteínas nucleares a través del CPN se
concentra en proteínas específicas en el núcleo y por lo
tanto aumenta el orden en la célula.
• La célula obtiene la energía que necesita para este proceso a
través de la hidrólisis de GTP por el monómero Ran GTPasa.
• Ran se encuentra tanto en el citosol y el núcleo, y se requiere
tanto para la importación y exportación nuclear.
Amanzo Núcleo celular 44

45. Cromosomas / Cromatina
• Los cromosomas aparecen al principio de la mitosis y
desaparecen cuando la división celular ha
terminado.
• La aparición y desaparición de los cromosomas fue
una pregunta desafiante para los citólogos en otros
tiempos:
¿Cuál es la naturaleza de
los cromosomas en la célula no mitótica?
Amanzo Núcleo celular 45

46. Amanzo Núcleo celular 46

47. ¿Cómo es posible que el ADN de 2 metros de longitud se acomode en un
núcleo de sólo 10 µm (1 x 10-5 m) de diámetro?
Núcleo interfásico
Amanzo Núcleo celular 47

48. Cromatina
• El ácido desoxirribonucleico (ADN) y las proteínas
forman la cromatina.
• Las principales proteínas en la cromatina son las
histonas.
• Las histonas son pequeñas proteínas con una alta
proporción de aminoácidos básicos: arginina y lisina.
Amanzo Núcleo celular 48

49. Existen 5 tipos de histonas:
H1, H2A, H2B, H3 y H4.
Contenido en moles % de
Histona Nº residuos PM Lys/Arg Modificación
Lys Arg
H1 213 21.000 27,7 1,4 19,78 Fosforilación
Fosforilación,
H2A 129 13.900 10,9 9,3 1,17 acetilación
Fosforilación,
H2B 125 13.774 15,2 6,1 2,49 acetilación
Acetilación,
H3 135 15.273 9,6 13,3 0,72 metilación
fosforilación
Acetilación,
H4 102 11.236 10,8 13,7 0,79 metilación
fosforilación
Amanzo Núcleo celular 49

50. Cromatina
• La unidad básica estructural de la cromatina es el
nucleosoma.
• El núcleo está formado por un octámero constituido
por dos subunidades de las siguientes histonas:
– H2A (dos unidades)
– H2B (dos unidades)
– H3 (dos unidades)
octámero
– H4 (dos unidades)
Amanzo Núcleo celular 50

51. Nucleosoma
• El ADN gira 1.8 veces alrededor del octámero (146 pares de
nucleótidos).
• Un nucleosoma típico está asociado a 200 pares de bases (pb)
y está formado por un núcleo ("core") y un ligador (o "linker").
Amanzo Núcleo celular 51

52. Nucleosoma
• Alrededor del octámero se enrolla el
ADN (140 pb) dando casi dos vueltas
(una vuelta y tres cuartos).
• El resto del ADN (60 pb) forma parte
del ligador ("linker") y está
interaccionando con la histona H1.
• La cantidad de ADN asociado con un
nucleosoma varia de una especie a
otra, de 154 pb a 241 pb, esta variación
se debe fundamentalmente a la
cantidad de ADN asociada al ligador
("linker").
Amanzo Núcleo celular 52

53. • Las fibras de ADN de doble cadena
desnudo tienen un grosor de 2 ƞm.
• La asociación del ADN con las histonas
genera los nucleosomas que muestran
unos 10 ƞm de diámetro.
• Los nucleosomas se pueden enrollar
helicoidalmente para formar un
solenoide que constituyen las fibras de
cromatina de los núcleos interfásicos
con un diámetro aproximado de 30 ƞm.
• Los solenoides pueden volverse a
enrollar para dar lugar a
supersolenoides con un diámetro de
400 a 600 ƞm que constituirían las
fibras de los cromosomas metafásicos.
Amanzo Núcleo celular 53

54. Amanzo Núcleo celular 54

55. Amanzo Núcleo celular 55

56. Amanzo Núcleo celular 56

57. Eucromatina / Heterocromatina
• La cromatina puede presentar distintos
grados de empaquetamiento.
• La cromatina mayoritaria, la que
constituye la mayor parte del núcleo
recibe el nombre de eucromatina, se
encuentra relativamente sin condensar
y distribuida por el núcleo.
• La cromatina minoritaria (10%) es la
heterocromatina, se encuentra en un
estado muy condensado. Es
transcripcionalmente inactiva y
contiene secuencias de ADN altamente
repetitivas.
Amanzo Núcleo celular 57

58. Características de la Cromatina
TIPO DE CROMATINA ESTADO FÍSICO CAMBIO QUÍMICO TIPO DE GENES REPLICACIÓN
Fase S
EUCROMATINA Laxa Acetilada Activos
temprana
HETEROCROMATINA condensada Metilada Silentes Fase S tardía
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59. Cromosoma
• Cuando la cromatina alcanza
su máximo grado de
condensación durante la
división celular aparecen los
cromosomas.
Amanzo Núcleo celular 59

60. 46, XX 46, XY
Cariotipo
Se observan cromosomas en metafase
Amanzo Núcleo celular 60

61. Nucléolo
• Estructurado por proteínas
y ácido nucleico.
• Lugar de transcripción.
• Ensamblaje de ribosomas.
Amanzo Núcleo celular 61

62. Amanzo Núcleo celular 62

63. nucleolo
Amanzo Núcleo celular 63

64. Amanzo Núcleo celular 64

65. Membrana nuclear
Ribosomas
externa
Envoltura Complejo de Poro
nuclear Nuclear
Membrana nuclear
interna
Lámina
nuclear
Núcleo Cromatina Heterocromatina
celular (ADN + Histonas)
Eucromatina
Nucleolo
Nucleoplasma
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