Núcleo celular

[miniatura|Debuxo do núcleo e do [retículo endoplasmático.
(1) Membrana nuclear (2) Ribosomas (3) Complexo do poro nuclear (4) Nucléolo
(5) Cromatina (6) Núcleo (7) Retículo endoplasmático (8) Nucleoplasma
Toda a estrutura está rodeada polo citoplasma.]]
[miniatura|[Células HeLa co ADN tinguido coa tinguidura azul de Hoechst. A célula central e a da dereita están en interfase, polo que todo o seu núcleo está marcado. A da esquerda é unha célula en mitose co seu ADN xa condensado para a división.]]

En bioloxía celular, o **núcleo** (do latín *nucleus* ou *nuculeus*) é unha parte das células que se atopa en todas as células eucariotas e contén a maioría do material xenético. O núcleo, en xeral, controla as actividades da célula, e ten dúas funcións primarias: controla as reaccións químicas celulares, na súa maioría citoplasmáticas, e garda a información que se precisa para a división celular.

Á parte de conter o xenoma da célula, o núcleo contén certas proteínas que regulan a expresión dos xenes. A expresión xenética ao nivel nuclear envolve complexos procesos de transcrición, o procesamento do pre-ARNm e a exportación do mesmo cara ao citoplasma. A membrana exterior está asociada co retículo endoplasmático e ás veces pode conter ribosomas. O espazo entre as dúas membranas é continuo co espazo interno do retículo endoplasmático. A cara nuclear da membrana está rodeada duns filamentos que forman a lámina nuclear. A diferenza dos eritrocitos de mamífero, os do resto de vertebrados son nucleados. O núcleo tamén foi descrito en 1804 por Franz Bauer, e posteriormente con máis detalle polo botánico escocés Robert Brown nunha charla ditada perante a Sociedade linneana de Londres en 1831. Brown estaba estudando a estrutura microscópica das orquídeas cando observou unha área opaca, que chamou aréola ou núcleo, nas células da capa externa da flor, aínda que non suxeriu unha función potencial para tal estrutura. En 1838 Matthias Schleiden propuxo que o núcleo desempeñaba un papel na xeración de células, denominándoo "citoblasto" (construtor de células). Pensaba que observara células novas arredor destes "citoblastos". Franz Meyen foi un forte opositor desta opinión, xa que describira previamente células que se multiplicaban por división e cría que moitas células carecerían de núcleo. A idea de que as células se podían xerar *de novo*, ben polo "citoblasto" ou ben doutro modo, contradicía os traballos de Robert Remak (1852) e Rudolf Virchow (1855), os cales propagaron decisivamente o novo paradigma de que as células só se xeraban por outras células ("Omnis cellula ex cellula"). A función do núcleo permanecía sen aclarar.

Entre 1876 e 1878 Oscar Hertwig publicou varios estudos sobre a fecundación de ovos de ourizo de mar, mostrando que o núcleo do espermatozoide entraba no oocito fusionándose co seu núcleo. Esta foi a primeira vez que se suxeriu que un individuo se desenvolvía a partir dunha soa célula nucleada. Isto estaba en contradición coa teoría de Ernst Haeckel, que enunciaba que se repetía a filoxenia completa dunha especie durante o desenvolvemento embrionario, incluíndo a xeración da primeira célula nucleada a partir dunha "monerula", unha masa desestruturada de moco primordial ("Urschleim", en alemán). Polo tanto, a necesidade do núcleo espermático para a fecundación estivo en discusión por un tempo. Porén, Hertwig confirmou a súa observación noutros grupos animais, como por exemplo en anfibios e moluscos. Eduard Strasburger obtivo os mesmos resultados en plantas (1884). Isto abriu o camiño para a asignación dun papel importante ao núcleo na herdanza xenética. En 1873 August Weismann postulou a equivalencia das células xerminais paternas e maternas na herdanza. A función do núcleo como portador de información xenética non se fixo evidente ata máis tarde, tras o descubrimento da mitose e o redescubrimento das leis de Mendel a principios do século XX. Isto supuxo o desenvolvemento da teoría cromosómica da herdanza. Nas células de mamífero, o diámetro de media do núcleo é de aproximadamente 6 micrómetros (μm), e ocupa aproximadamente o 10% do total do volume celular. Nos vexetais, o núcleo xeralmente mide de 5 a 25&nbsp;µm e é visible con microscopio óptico. Nos fungos observáronse casos de especies con núcleos moi pequenos, de arrededor de 0,5&nbsp;µm, os cales son visibles soamente con microscopio electrónico. Nas oosferas de *Cycas* e de coníferas acada un tamaño de 0,6 mm, é dicir, é visible a simple vista.

O líquido viscoso do seu interior denomínase nucleoplasma, e a súa composición é similar á que se encontra no citosol do citoplasma. Ten o aspecto xeral dun orgánulo denso e esférico.

### Envoltura e poros nucleares 
A envoltura nuclear, tamén coñecida como membrana nuclear, componse de dúas membranas, unha interna e outra externa, dispostas en paralelo unha sobre a outra cunha separación de 10 a 50 nanómetros (nm). A envoltura nuclear rodea completamente o núcleo e separa o material xenético celular do citoplasma circundante, servindo como barreira que evita que as macromoléculas difundan libremente entre o nucleoplasma e o citoplasma. A membrana nuclear externa é continua coa membrana do retículo endoplásmico rugoso (RER), e está igualmente inzada de ribosomas. O espazo entre as membranas coñécese como espazo perinuclear e é continuo coa luz do RER.

Os poros nucleares, que forman canais acuosos que atravesan a envoltura, están compostos por múltiples proteínas que colectivamente se coñecen como *nucleoporinas*. Os poros teñen un peso molecular de 125 millóns de daltons e compóñense de 50 (en lévedos) a 100 proteínas (en vertebrados) aproximadamente. cada un dos cales contén unha estrutura en anel con simetría octal na posición na que as membranas interna e externa se fusionan. Ancorada ao anel encóntrase a estrutura denominada *cesta nuclear,* que se estende cara ao nucleoplasma, e unha serie de extensións filamentosas que se proxectan no citoplasma. Ambas as estruturas median a unión a proteínas de transporte nucleares. As hormonas esteroides como o cortisol e a aldosterona, xunto con outras moléculas pequenas hidrosolubles implicadas na sinalización celular poden difundir a través da membrana celular e no citoplasma, onde se unen a proteínas que actúan como receptores nucleares e son levadas ao núcleo. Serven como factores de transcrición cando se unen ao seu ligando. En ausencia de ligando moitos destes receptores funcionan como unha histona desacetilase que reprime a expresión xénica. As proteínas laminas tamén se encontran no interior do nucleoplasma, onde forman outra estrutura regular coñecida como *veo nucleoplásmico*, que é visible usando microscopio de fluorescencia. A función do veo non se coñece, pero está excluído da zona do nucléolo e está presente na interfase. As estruturas de proteínas laminas que forman o veo únense á cromatina, e por medio da quebra da súa estrutura inhiben a transcrición de xenes que codifican proteínas.

Como acontece cos compoñentes doutros filamentos intermedios, os monómeros de proteínas laminas conteñen un dominio en hélice alfa utilizado por dous monómeros para enroscarse un co outro, formando un dímero cun motivo en hélice superenrolada. Dúas desas estruturas diméricas únense posteriormente lado con lado dispostas de xeito antiparalelo para formar un tetrámero denominado *protofilamento*. Oito deses protofilamentos dispóñense lateralmente para formar un *filamento*. Eses filamentos pódense ensamblar ou desensamblar de modo dinámico, o que significa que os cambios na lonxitude do filamento dependen do balance entre as taxas de adición e desensamblaxe.

### Cromosomas 
[miniatura|Un núcleo celular de [fibroblasto de rato no que o ADN está tinguido de azul. Os diferentes territorios do cromosoma 2 (vermello) e cromosoma 9 (verde) están tinguidos por hibridación fluorescente *in situ*.]]

O núcleo celular contén a maior parte do material xenético celular en forma de múltiples moléculas lineais de ADN coñecidas como cromatina, e durante a división celular esta aparece na forma ben definida que se coñece como cromosoma. Unha pequena fracción dos xenes sitúase noutros orgánulos, como as mitocondrias ou os cloroplastos das células vexetais.

Existen dous tipos de cromatina: a eucromatina é a forma de ADN menos compacta, e contén xenes que son expresados frecuentemente pola célula. O outro tipo, coñecido como heterocromatina, é a forma máis compacta, e contén ADN que se transcribe de forma infrecuente. Esta estrutura clasifícase á súa vez en heterocromatina *facultativa*, que consiste en xenes que están organizados como heterocromatina só en certos tipos celulares ou en certos estadios do desenvolvemento, e heterocromatina *constitutiva*, que consiste en compoñentes estruturais do cromosoma como os *telómeros* e os *centrómeros*. Durante a interfase a cromatina organízase en territorios individuais discretos, os territorios cromosómicos. Os xenes activos, que se encontran xeralmente na rexión eucromática do cromosoma, tenden a localizarse nas fronteiras dos territorios cromosómicos.

Determinados anticorpos para certos tipos de organización cromatínica, en particular os nucleosomas, foron asociados con varias enfermidades autoinmunes como o lupus eritematoso sistémico. Estes anticorpos son coñecidos como anticorpos antinucleares (ANA) e tamén se observaron en casos de esclerose múltiple no contexto dunha disfunción inmune xeneralizada. Como o caso antes mencionado da proxeria, o papel que desempeñan os anticorpos na indución dos síntomas da enfermidade autoinmune non foi aínda aclarado.

### Nucléolo 
[miniatura|esquerda|200px|[Micrografía electrónica de transmisión||Micrografía electrónica dun núcleo celular, mostrando o seu nucléolo tinguido nun ton máis escuro (electrón-denso).]]

O nucléolo é unha estrutura discreta que se tingue densamente e se encontra no núcleo. Non está rodeado por unha membrana, polo que en ocasións se di que é un *suborgánulo*. Fórmase arredor de repeticións en tándem de ADNr, que é o ADN que codifica o ARN ribosómico (ARNr). Estas rexións chámanse organizadores nucleolares. O principal papel do nucléolo é sintetizar o ARNr e ensamblar os ribosomas. A cohesión estrutural do nucléolo depende da súa actividade, dado que a ensamblaxe ribosómica no nucléolo orixina unha asociación transitoria dos compoñentes nucleolares, facilitando a posterior ensamblaxe doutros ribosomas. Este modelo está apoiado pola observación de que a inactivación do ADNr dá como resultado a mestura das estruturas nucleolares.

O primeiro paso da ensamblaxe ribosómica é a transcrición do ADNr pola ARN polimerase I, formando un longo pre-ARNr precursor. Este é escindido nas subunidades de ARNr 5,8S, 18S, e 28S. A transcrición, procesamento postranscricional e ensamblaxe do ARNr ten lugar no nucléolo, axudado por moléculas de ARN nucleolar pequeno, algunhas das cales se derivan de intróns de ARN mensaxeiros que sufriron *splicing* (empalme) relacionados coa función ribosomal. Estas subunidades ribosómicas ensambladas son as estruturas máis grandes que pasan a través dos poros nucleares.

#### Corpos de Cajal e GEMs 
O núcleo típico posúe de 1 a 10 estruturas compactas denominadas corpos de Cajal ou corpos enrolados (CB, por *Coiled Body* en inglés), cuxo diámetro mide entre 0,2&nbsp;µm e 2,0&nbsp;µm dependendo do tipo celular e especie. Os corpos de Cajal están implicados en varios tipos distintos de funcións relacionadas co procesamento do ARN, especificamente na maduración do ARN nucleolar pequeno (snoRNA) e o ARN nuclear pequeno (snRNA), e modificación do ARNm de histonas. aínda que tamén se suxeriu a partir de evidencias de microscopía que os corpos de Cajal e os GEMs son diferentes manifestacións da mesma estrutura. Viuse que frecuentemente se asocian con dominios discretos definidos por localizacións densas do factor de transcrición PTF, que promove a transcrición do ARN nuclear pequeno.

#### Corpos PML 
Os corpos PML ou da proteína da leucemia promielocítica (PML, polo inglés *Promyelocytic leukaemia*) son corpos esféricos que se atopan espallados polo nucleoplasma, e que miden arredor de 0,2–1,0&nbsp;µm. Coñécense por outros nomes, como dominio «nuclear 10» (ND10), «corpos de Kremer» e «dominios oncoxénicos PML». A miúdo poden verse no núcleo asociados cos corpos de Cajal. Tense suxerido que desempeñan un papel na regulación da transcrición. Foron documentados por primeira vez en células HeLa (cancerosas), onde polo xeral se encontran de 10 a 30 por núcleo, e sábese que os *paraspeckles* tamén existen en todas as células primarias humanas, liñas de células transformadas e en seccións de tecidos. O seu nome deriva da súa distribución no núcleo e consta do prefixo para (paralelo) e de *speckles*, facendo referencia a que se encontran na proximidade dos *splicing speckles* ou "manchas de *splicing*".

En ocasións denominados *agrupacións de gránulos intercromatínicos* ou *compartimentos de factores de splicing*, os *speckles* son ricos en snRNP (ribonucleoproteínas nucleares pequenas) do *splicing* e outras proteínas do *splicing* que se necesitan no procesamento do pre-ARNm.

## Funcións 
A principal función do núcleo celular é controlar a expresión xenética e mediar na replicación do ADN durante o ciclo celular. O núcleo proporciona un lugar para a transcrición, permitindo niveis de regulación que non están dispoñibles en procariotas.

### Compartimentalización celular 
A envoltura nuclear permite ao núcleo controlar o seu contido e separalo do resto do citoplasma cando sexa necesario. Isto é importante para controlar procesos en calquera dos lados da membrana nuclear. Nalgúns casos, cando se precisa restrinxir un proceso citoplasmático, un participante chave retírase ao núcleo, onde interacciona con factores de transcrición para reprimir a produción de certos encimas da vía metabólica. Este mecanismo regulador ten lugar no caso da glicólise, unha ruta celular na que se utiliza a glicosa para producir enerxía. A hexoquinase é o encima responsable do primeiro paso da glicólise, producindo glicosa-6-fosfato a partir da glicosa. A altas concentracións de frutosa-6-fosfato, unha molécula que se forma posteriormente a partir da glicosa-6-fosfato, unha proteína reguladora retira a hexoquinase ao núcleo, onde forma un complexo con outras proteínas nucleares que reprime a transcrición dos xenes implicados na glicólise.

Para controlar que xenes se deben transcribir, a célula impide o acceso físico dalgúns factores de transcrición responsables de regular a expresión xénica ata que son activados por outras vías de sinalización. Isto impide que se dean mesmo pequenos niveis de expresión xénica desaxeitada. Por exemplo, no caso dos xenes controlados por NF-κB, que están implicados na maior parte das respostas inflamatorias, a transcrición indúcese en resposta a unha fervenza de sinalización celular como a que se inicia coa molécula sinalizadora TNF-α uníndose a un receptor da membrana celular, o que produce o recrutamento de proteínas sinalizadoras e finalmente a activación do factor de transcrición NF-κB. Un sinal de localización nuclear que posúe a proteína NF-κB permítelle ser transportada a través do poro nuclear ao núcleo, onde estimula a transcrición dos xenes diana. O ARNm contén intróns que se deben retirar antes de ser traducidos para producir proteínas funcionais. A maduración (modificación dos extremos e *splicing*) do ARNm efectúase no interior do núcleo antes de que o ARNm poida acceder aos ribosomas para a súa tradución. Sen o núcleo, os ribosomas traducirían ARNm ao ser transcrito sen procesar, o que produciría proteínas cun pregamento incorrecto e deformadas.

### Expresión xénica 
[miniatura|esquerda|[Micrografía electrónica de transmisión|Micrografía dunha transcrición xenética en curso de ARNr que ilustra o crecemento dos transcritos primarios. "Beginn" indica o extremo 3' do ADN, onde comeza a síntesis de novo ARN. "Ende" indica o extremo 5', onde os transcritos primarios están practicamente completos.]]

A expresión xénica implica en primeiro lugar a transcrición, na que o ADN se utiliza como molde para producir ARN. No caso dos xenes que codifican proteínas, o ARN xerado por este proceso é ARN mensaxeiro (ARNm), que posteriormente precisa ser traducido polos ribosomas para formar unha proteína. Posto que os ribosomas se localizan fóra do núcleo, o ARNm sintetizado debe ser exportado.

Dado que o núcleo é o lugar onde se produce a transcrición, está dotado dun conxunto de proteínas que, ou ben están implicadas directamente neste proceso, ou na súa regulación. Entre estas encontramos as helicases, que desenrolan a molécula de ADN de dobre cadea para facilitar o acceso da maquinaria de síntese, a ARN polimerase, que sintetiza o ARN a partir do molde de ADN, a topoisomerase, que varía o grao de superenrolamento do ADN, así como unha ampla variedade de factores de transcrición que regulan a expresión xénica.

### Procesamento do pre-ARNm 
As moléculas de ARNm recentemente sintetizadas coñécense como transcritos primarios ou pre-ARNm. Posteriormente débense someter a modificación postranscricional no núcleo antes de ser exportados ao citoplasma. O ARNm que aparece no núcleo sen estas modificacións acaba degradado en vez de utilizarse para a tradución nos ribosomas. As tres modificacións principais son: A do extremo 5' (ou ''5' caping)'', a poliadenilación do extremo 3' e o empalme (*splicing*) do ARN. Mentres permanece no núcleo, o pre-ARNm asóciase con varias proteínas en complexos coñecidos como ribonucleoproteínas heteroxéneas nucleares ou hnRNPs. A adición das modificacións do extremo 5' ten lugar no momento da transcrición e é o primeiro paso nas modificacións postranscricionais. A cola de poliadenina 3' só se engade unha vez que a transcrición está completa.

O procesamento por corte e empalme (*splicing*) do ARN, levado a cabo por un complexo denominado espliceosoma é o proceso polo que os intróns son eliminados do pre-ARNm, permanecendo unicamente os exóns conectados entre si para formar unha soa molécula continua. Este proceso normalmente finaliza tras os dous anteriores, mais pode comezar antes de que a síntese estea completa en transcritos con moitos exóns. as macromoléculas como o ARN e as proteínas requiren asociarse a carioferinas chamadas importinas para entraren no núcleo, e a exportinas para saíren. As proteínas cargadas que deben ser translocadas desde o citoplasma ao núcleo conteñen curtas secuencias de aminoácidos coñecidas como sinais de localización nuclear que están unidas ás importinas, mentres que as transportadas desde o núcleo ao citoplasma posúen sinais de exportación nuclear unidas ás exportinas. A capacidade das importinas e as exportinas para transportar a súa carga está regulada por GTPases, encimas que hidrolizan GTP liberando enerxía. A GTPase chave no transporte nuclear é a proteína Ran, que pode unir ou ben GTP ou ben GDP (guanosín difosfato), dependendo de se está localizada no núcleo ou no citoplasma. Mientres que as importinas dependen de Ran-GTP para disociarse da súa carga, as exportinas necesitan Ran-GTP para unirse á súa carga. Polo tanto, nos estadios iniciais do ciclo celular, comezando na profase e ata case a prometafase, desmantélase a membrana nuclear. Cara ao final do ciclo celular refórmase a membrana nuclear, e aproximadamente ao mesmo tempo, a lámina nuclear reensámblase desfosforilando as proteínas laminares.

A envoltura nuclear actúa como unha barreira que evita que virus de ADN ou ARN penetren no núcleo. Algúns virus precisan acceder a proteínas dentro do núcleo para se replicar ou ensamblar. Os virus de ADN, como os herpesvirus replícanse e ensámblanse no núcleo celular, e saen a través da membrana nuclear interna. Este proceso vai acompañado da desensamblaxe da lámina nuclear na cara nuclear da membrana interna. Os axentes mutáxenos poden inducir a liberación dalgúns eritrocitos inmaturos "micronucleados" á circulación sanguínea. Tamén poden aparecer células anucleadas a partir dunha división celular defectuosa na que unha célula filla carece de núcleo, mentres que a outra posúe dous.

As células polinucleadas conteñen múltiples núcleos. A maior parte dos protozoos da clase *Acantharea*, e algúns fungos que forman micorrizas, teñen células polinucleadas de forma natural. Outros exemplos serían os parasitos intestinais do xénero *Giardia*, que posúen dous núcleos en cada célula. Nos seres humanos, o músculo esquelético posúe células, chamadas miocitos, que se converten en polinucleadas durante o seu desenvolvemento. A disposición resultante dos núcleos na rexión periférica da célula permite un espazo intracelular máximo para as miofibrilas  e tamén están implicadas na formación de tumores.

## Evolución 
Ao ser a mellor característica que define a célula eucariota, a orixe evolutiva do núcleo foi obxecto de moita especulación. Entre as teorías propostas, pódense considerar catro como as principais, aínda que ningunha delas encontrou un amplo apoio.

A teoría coñecida como "modelo sintrófico" propón que unha relación simbiótica entre arqueas e bacterias creou a primeira célula eucariota nucleada (ver eucarioxénese). Suponse que a simbiose tivo lugar cando unha arquea antiga similar aos actuais metanóxenos foi invadida e parasitada por bacterias similares ás actuais mixobacterias, formando finalmente o núcleo primitivo. Esta teoría é análoga á teoría aceptada da orixe das mitocondrias e cloroplastos eucariotas, dos que se pensa que se orixinaron por unha relación endosimbionte similar entre protoeucariotas e bacterias aerobias. A orixe arqueana do núcleo está apoiada pola circunstancia de que tanto arqueas coma eucariotas teñen xenes similares en certas proteínas, incluíndo as histonas. Ao observarmos que as mixobacterias son móbiles, poden formar complexos multicelulares e posúen proteínas G similares ás de eucariotas, tamén podemos aceptar unha orixe bacteriana da célula eucariota.

Un segundo modelo propón que as células protoeucariotas evolucionaron a partir de bacterias sen que se dera un estadio simbionte. Este modelo baséase na existencia dunha bacteria moderna pertencente ao filo Planctomycetes que posúen unha estrutura nuclear con poros primitivos e outras estruturas compartimentalizadas por membrana. Unha proposta similar establece que unha célula similar á eucariota, o cronocito, apareceu en primeiro lugar, e posteriormente fagocitou arqueas e bacterias para dar lugar ao núcleo e á célula eucariota.

O modelo máis controvertido, coñecido como *eucarioxénese viral* afirma que moitas características da célula eucariota, como a presenza dun núcleo que se continúa coa membrana, xurdiron pola infección dun devanceiro procariota por un virus. Isto está suxerido baseándose en similitudes entre eucariotas e virus como as cadeas lineais de ADN, o procesamento "caping" do extremo 5' do ARNm e a forte unión a proteínas do ADN (facendo ás histonas análogas da envoltura vírica). Unha versión desta proposta suxire que o núcleo evolucionou concertadamente coa fagocitose para dar lugar a un *depredador* celular primitivo. Outra variante propón que os eucariotas se orixinaron de arqueas primitivas infectadas por poxvirus, baseándose na semellanza das modernas ADN polimerases entre estes e os eucariotas. Tense suxerido tamén que a cuestión non resolta da evolución da sexualidade puido estar relacionada coa hipótese da eucarioxénese viral.

Finalmente, unha proposta moi recente suxire que as variantes tradicionais da teoría endosimbionte son insuficientes para explicar a orixe do núcleo eucariota. Este modelo, denominado a *hipótese da exomembrana*, propón que o núcleo se orixinou en vez de por endosimbiose a partir dunha célula primitiva orixinal que desenvolveu unha segunda membrana celular exterior. A membrana interior que encerraba a célula orixinal converteuse entón na membrana nuclear evolucionando para desenvolver estruturas de poro cada vez máis elaboradas para o paso de compoñentes celulares sintetizados internamente, como as subunidades ribosómicas.

## Notas 
## Véxase tamén 
125px|dereita
### Bibliografía 
* 
* 
* 
* 
* 

### Outros artigos 
* Envoltura nuclear
* Poro nuclear
* Lámina nuclear
* Nucleoplasma

### Ligazóns externas 
* 
*