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4.7A: El núcleo y los ribosomas - Biología


Encontrado dentro de las células eucariotas, el núcleo contiene el material genético que determina toda la estructura y función de esa célula.

Objetivos de aprendizaje

  • Explicar el propósito del núcleo en las células eucariotas.

Puntos clave

  • El núcleo contiene el ADN de la célula y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas.
  • Encontrado dentro del nucleoplasma, el nucleolo es una región condensada de cromatina donde ocurre la síntesis de ribosomas.
  • La cromatina consiste en ADN envuelto alrededor de proteínas histonas y se almacena dentro del nucleoplasma.
  • Los ribosomas son grandes complejos de proteínas y ácido ribonucleico (ARN) responsables de la síntesis de proteínas cuando se transcribe el ADN del núcleo.

Términos clave

  • histona: cualquiera de las diversas proteínas simples solubles en agua que son ricas en los aminoácidos básicos lisina y arginina y que forman complejos con el ADN en los nucleosomas de la cromatina eucariota
  • nucléolo: un cuerpo llamativo, redondeado y no unido a la membrana dentro del núcleo de una célula
  • cromatina: un complejo de ADN, ARN y proteínas dentro del núcleo celular a partir del cual los cromosomas se condensan durante la división celular.

El núcleo

Una de las principales diferencias entre las células procariotas y eucariotas es el núcleo. Como se discutió anteriormente, las células procariotas carecen de un núcleo organizado, mientras que las células eucariotas contienen núcleos unidos a la membrana (y orgánulos) que albergan el ADN de la célula y dirigen la síntesis de ribosomas y proteínas.

El núcleo almacena cromatina (ADN más proteínas) en una sustancia gelatinosa llamada nucleoplasma. Para comprender la cromatina, es útil considerar primero los cromosomas. La cromatina describe el material que forma los cromosomas, que son estructuras dentro del núcleo que están formadas por ADN, el material hereditario. Quizás recuerde que en los procariotas, el ADN está organizado en un solo cromosoma circular. En eucariotas, los cromosomas son estructuras lineales. Cada especie eucariota tiene un número específico de cromosomas en el núcleo de las células de su cuerpo. Por ejemplo, en los seres humanos, el número de cromosomas es 46, mientras que en las moscas de la fruta es ocho. Los cromosomas solo son visibles y distinguibles entre sí cuando la célula se prepara para dividirse. Para organizar la gran cantidad de ADN dentro del núcleo, las proteínas llamadas histonas se unen a los cromosomas; el ADN se envuelve alrededor de estas histonas para formar una estructura que se asemeja a cuentas en una cuerda. Estos complejos de proteínas y cromosomas se denominan cromatina.

El nucleoplasma es también donde encontramos el nucleolo. El nucleolo es una región condensada de cromatina donde se produce la síntesis de ribosomas. Los ribosomas, grandes complejos de proteínas y ácido ribonucleico (ARN), son los orgánulos celulares responsables de la síntesis de proteínas. Reciben sus "órdenes" para la síntesis de proteínas del núcleo donde el ADN se transcribe en ARN mensajero (ARNm). Este ARNm viaja a los ribosomas, que traducen el código proporcionado por la secuencia de las bases nitrogenadas en el ARNm en un orden específico de aminoácidos en una proteína.

Por último, el límite del núcleo se llama envoltura nuclear. Consta de dos bicapas de fosfolípidos: una membrana externa y una interna. La membrana nuclear es continua con el retículo endoplásmico, mientras que los poros nucleares permiten que las sustancias entren y salgan del núcleo.


4.7A: El núcleo y los ribosomas - Biología

Encontrado dentro de las células eucariotas, el núcleo contiene el material genético que determina toda la estructura y función de esa célula.

Objetivos de aprendizaje

Explicar el propósito del núcleo en las células eucariotas.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • El núcleo contiene el ADN de la célula y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas.
  • Encontrado dentro del nucleoplasma, el nucleolo es una región condensada de cromatina donde ocurre la síntesis de ribosomas.
  • La cromatina consiste en ADN envuelto alrededor de proteínas histonas y se almacena dentro del nucleoplasma.
  • Los ribosomas son grandes complejos de proteínas y ácido ribonucleico (ARN) responsables de la síntesis de proteínas cuando se transcribe el ADN del núcleo.

Términos clave

  • histona: cualquiera de las diversas proteínas simples solubles en agua que son ricas en los aminoácidos básicos lisina y arginina y que forman complejos con el ADN en los nucleosomas de la cromatina eucariota
  • nucléolo: un cuerpo llamativo, redondeado y no unido a la membrana dentro del núcleo de una célula
  • cromatina: un complejo de ADN, ARN y proteínas dentro del núcleo celular a partir del cual los cromosomas se condensan durante la división celular.

El núcleo

Una de las principales diferencias entre las células procariotas y eucariotas es el núcleo. Como se discutió anteriormente, las células procariotas carecen de un núcleo organizado, mientras que las células eucariotas contienen núcleos unidos a la membrana (y orgánulos) que albergan el ADN de la célula y dirigen la síntesis de ribosomas y proteínas.

El núcleo almacena cromatina (ADN más proteínas) en una sustancia gelatinosa llamada nucleoplasma. Para comprender la cromatina, es útil considerar primero los cromosomas. La cromatina describe el material que forma los cromosomas, que son estructuras dentro del núcleo que están formadas por ADN, el material hereditario. Quizás recuerde que en los procariotas, el ADN está organizado en un solo cromosoma circular. En eucariotas, los cromosomas son estructuras lineales. Cada especie eucariota tiene un número específico de cromosomas en los núcleos de su cuerpo y células # 8217s. Por ejemplo, en los seres humanos, el número de cromosomas es 46, mientras que en las moscas de la fruta es ocho. Los cromosomas solo son visibles y distinguibles entre sí cuando la célula se prepara para dividirse. Para organizar la gran cantidad de ADN dentro del núcleo, las proteínas llamadas histonas se unen a los cromosomas, el ADN se envuelve alrededor de estas histonas para formar una estructura que se asemeja a cuentas en una cuerda. Estos complejos de proteína-cromosoma se denominan cromatina.

El ADN está muy organizado: Esta imagen muestra varios niveles de organización de la cromatina (ADN y proteína). A lo largo de los hilos de cromatina, complejos de proteína-cromosoma desenrollados, encontramos ADN envuelto alrededor de un conjunto de proteínas histonas.

El núcleo almacena el material hereditario de la célula.: El núcleo es el centro de control de la célula. El núcleo de las células vivas contiene el material genético que determina toda la estructura y función de esa célula.

El nucleoplasma es también donde encontramos el nucleolo. El nucleolo es una región condensada de cromatina donde se produce la síntesis de ribosomas. Los ribosomas, grandes complejos de proteínas y ácido ribonucleico (ARN), son los orgánulos celulares responsables de la síntesis de proteínas. Reciben sus & # 8220ordenes & # 8221 para la síntesis de proteínas del núcleo donde el ADN se transcribe en ARN mensajero (ARNm). Este ARNm viaja a los ribosomas, que traducen el código proporcionado por la secuencia de las bases nitrogenadas en el ARNm en un orden específico de aminoácidos en una proteína.

Los ribosomas son responsables de la síntesis de proteínas.: Los ribosomas están formados por una subunidad grande (arriba) y una subunidad pequeña (abajo). Durante la síntesis de proteínas, los ribosomas ensamblan los aminoácidos en proteínas.

Por último, el límite del núcleo se llama envoltura nuclear. Consta de dos bicapas de fosfolípidos: una membrana externa y una interna. La membrana nuclear es continua con el retículo endoplásmico, mientras que los poros nucleares permiten que las sustancias entren y salgan del núcleo.


Dos piezas hacen el todo

Hay dos piezas o subunidades en cada ribosoma. En eucariotas, los científicos han identificado las subunidades 60-S (grande) y 40-S (pequeña). Aunque los ribosomas tienen estructuras ligeramente diferentes en diferentes especies, sus áreas funcionales son todas muy similares.

Por ejemplo, los procariotas tienen ribosomas que son ligeramente más pequeños que los eucariotas. El modelo 60-S / 40-S funciona bien para las células eucariotas, mientras que las células procariotas tienen ribosomas compuestos por subunidades 50-S y 30-S. Es una pequeña diferencia, pero una de las muchas que encontrará en los dos tipos diferentes de células. Los científicos han utilizado esta diferencia en la estructura de los ribosomas para desarrollar fármacos que pueden matar los microorganismos procarióticos que causan enfermedades. Incluso existen diferencias estructurales entre los ribosomas que se encuentran en las mitocondrias y los ribosomas libres.


Cromatina

La envoltura nuclear está salpicada de poros que controlan el paso de iones, moléculas y ARN entre el nucleoplasma y el citoplasma (Figura 2). El nucleoplasma es el líquido semisólido dentro del núcleo, donde encontramos la cromatina y el nucleolo.

Quizás recuerde que en los procariotas, el ADN está organizado en un solo cromosoma circular. En eucariotas, los cromosomas son estructuras lineales. En eucariotas, los cromosomas son estructuras dentro del núcleo que están formadas por ADN, material hereditario y proteínas. Esta combinación de ADN y proteínas se llama cromatina. Cada especie tiene un número específico de cromosomas en el núcleo de las células de su cuerpo. Por ejemplo, en los seres humanos, el número de cromosomas es 46, mientras que en las moscas de la fruta, el número de cromosomas es ocho.

figura 3 Esta imagen muestra cromosomas emparejados. Cada par de cromosomas se muestra en un color diferente. En realidad, los cromosomas no son coloridos y por lo general se ven grisáceos. (Crédito: modificación del trabajo de los datos de la barra de escala del NIH de Matt Russell)

Los cromosomas solo son visibles y distinguibles entre sí cuando la célula se prepara para dividirse. Cuando la célula se encuentra en las fases de crecimiento y mantenimiento de su ciclo de vida, los cromosomas se asemejan a un montón de hilos desenrollados y desordenados. Estos complejos de proteína-cromosoma desenrollados se denominan cromatina (Figura 4). La cromatina describe el material que forma los cromosomas tanto cuando se condensa como descondensa.

Figura 4 Esta imagen muestra varios niveles de organización de la cromatina (ADN y proteína).


Variantes de histonas

  • Tenemos genes para 8 variedades diferentes de histona 1 (H1). La variedad que se encuentra en un enlazador particular depende de factores tales como
    • el tipo de celda,
    • dónde está en el ciclo celular, y
    • su etapa de diferenciación.
    • H3 se reemplaza por CENP-A ("proteína A del centrómero") en los nucleosomas cerca de los centrómeros. No sustituir CENP-A por H3 en estas regiones bloquea la estructura y función del centrómero.
    • H2A se reemplaza por la variante H2A.Z en promotores y potenciadores de genes.
    • Todas las histonas "estándar" son reemplazadas por variantes a medida que se desarrollan los espermatozoides.

    En general, las histonas "estándar" se incorporan a los nucleosomas a medida que se sintetiza ADN nuevo durante la fase S del ciclo celular. Más tarde, algunas son reemplazadas por histonas variantes según lo dicten las condiciones de la célula.


    4.7A: El núcleo y los ribosomas - Biología

    Los ribosomas son como pequeñas fábricas en la célula. Producen proteínas que realizan todo tipo de funciones para el funcionamiento de la célula.

    ¿Dónde se encuentran los ribosomas dentro de la célula?

    Los ribosomas están ubicados en el líquido dentro de la célula llamado citoplasma o adheridos a la membrana. Se pueden encontrar tanto en células procariotas (bacterias) como eucariotas (animales y plantas).

    Los ribosomas son un tipo de orgánulo. Los orgánulos son estructuras que realizan funciones específicas para la célula. La función del ribosoma es producir proteínas. Otros orgánulos incluyen el núcleo y las mitocondrias.

    • Subunidad grande: la subunidad grande contiene el sitio donde se forman nuevos enlaces al crear proteínas. Se llama "60S" en células eucariotas y "50S" en células procariotas.
    • Subunidad pequeña: la subunidad pequeña realmente no es tan pequeña, solo un poco más pequeña que la subunidad grande. Es responsable del flujo de información durante la síntesis de proteínas. Se llama "40S" en células eucariotas y "50S" en células procariotas.

    La función principal del ribosoma es producir proteínas para la célula. Puede haber cientos de proteínas que deben fabricarse para la célula, por lo que el ribosoma necesita instrucciones específicas sobre cómo producir cada proteína. Estas instrucciones provienen del núcleo en forma de ARN mensajero. El ARN mensajero contiene códigos específicos que actúan como una receta para decirle al ribosoma cómo producir la proteína.

    Hay dos pasos principales en la producción de proteínas: transcripción y traducción. El ribosoma realiza el paso de traducción. Puede ir aquí para obtener más información sobre las proteínas.


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    Origen del núcleo y transporte dependiente de Ran para salvaguardar la biogénesis del ribosoma en una célula quimérica

    Fondo: El origen del núcleo es un problema central sobre el origen de los eucariotas. La ascendencia común de los complejos de poros nucleares (NPC) y los complejos de recubrimiento de vesículas indica que el núcleo evolucionó mediante la modificación de un sistema de endomembrana preexistente. Tal escenario autógeno es biológicamente factible desde el punto de vista celular, pero no está claro cuáles fueron los mecanismos selectivos o neutrales que llevaron al origen del compartimento nuclear.

    Resultados: Una fuerza selectiva clave durante el origen autógeno del núcleo podría haber sido la necesidad de segregar las fábricas de ribosomas del citoplasma donde se sintetizaron las proteínas ribosómicas (RP) del protomitocondrio. Después de su captación por una célula anuclear, el protomitocondrio transfirió varios de sus genes RP al genoma del hospedador. Consecuentemente, en el mismo citoplasma se sintetizaron RP alfaproteobacterianos y ribosomas hospedadores de tipo arquebacteriano. Esto podría haber llevado a la formación de ribosomas quiméricos. Propongo que el núcleo evolucionó cuando la célula huésped compartimentó sus fábricas de ribosomas y el genoma estrechamente ligado para reducir el quimerismo de los ribosomas. Esto se logró en etapas sucesivas mediante la primera evolución de carioferina y el acompañamiento dependiente de RanGTP de los RP, seguido de la evolución de una red de membranas para servir como barrera de difusión, y finalmente un tamiz de hidrogel para asegurar la permeabilidad selectiva en los poros nucleares. Las simulaciones por computadora muestran que una segregación gradual del citoplasma y el nucleoplasma a través de estos pasos puede reducir progresivamente el quimerismo de los ribosomas.

    Conclusión: El quimerismo del ribosoma puede proporcionar un vínculo directo entre las fuerzas selectivas y los mecanismos de la compartimentación y el transporte nuclear en evolución. El escenario molecular detallado que se presenta aquí proporciona una solución a la evolución gradual de la compartimentación nuclear desde una etapa anuclear.

    Revisores: Este artículo fue revisado por Eugene V Koonin, Martijn Huynen, Anthony M. Poole y Patrick Forterre.


    4.7A: El núcleo y los ribosomas - Biología

    El núcleo es quizás la estructura más importante dentro de las células animales y vegetales. Es el principal centro de control de la célula y actúa como el cerebro de la célula. Solo las células eucariotas tienen núcleo. De hecho, la definición de una célula eucariota es que contiene un núcleo, mientras que una célula procariota se define como que no tiene núcleo.

    El núcleo es un orgánulo dentro de la célula. Esto significa que tiene una función especial y está rodeado por una membrana que lo protege del resto de la célula. Flota dentro del citoplasma (el líquido dentro de la célula).

    ¿Cuántos núcleos hay en una célula?

    La mayoría de las células solo tienen un núcleo. ¡Sería confuso si hubiera dos cerebros! Sin embargo, hay algunas células que se desarrollan con más de un núcleo. No es común, pero sucede.

    • Envoltura nuclear: la envoltura nuclear está formada por dos membranas separadas: la membrana externa y la membrana interna. La envoltura protege el núcleo del resto del citoplasma en la célula y evita que salgan las moléculas especiales dentro del núcleo.
    • Nucleolo: el nucleolo es una estructura grande en el núcleo que produce principalmente ribosomas y ARN.
    • Nucleoplasma: el nucleoplasma es el líquido que llena el interior del núcleo.
    • Cromatina: la cromatina está compuesta de proteínas y ADN. Se organizan en cromosomas antes de la división celular.
    • Poro: los poros son pequeños canales a través de la envoltura nuclear. Permiten el paso de moléculas más pequeñas, como las moléculas de ARN mensajero, pero mantienen moléculas de ADN más grandes dentro del núcleo.
    • Ribosoma: los ribosomas se producen dentro del nucleolo y luego se envían fuera del núcleo para producir proteínas.

    La función más importante del núcleo es almacenar la información genética de la célula en forma de ADN. El ADN contiene las instrucciones sobre cómo debería funcionar la célula. ADN significa ácido desoxirribonucleico. Las moléculas de ADN están organizadas en estructuras especiales llamadas cromosomas. Las secciones de ADN se denominan genes que contienen información hereditaria, como el color y la altura de los ojos. Puede ir aquí para obtener más información sobre el ADN y los cromosomas.


    Núcleo: definición, estructura, funciones y diagrama

    La estructura de un núcleo comprende la membrana nuclear, el nucleoplasma, los cromosomas y el nucleolo.

    Membrana nuclear

    • La membrana nuclear es una estructura de doble capa que encierra el contenido del núcleo. La capa externa de la membrana está conectada al retículo endoplásmico.
    • Al igual que la membrana celular, la envoltura nuclear consta de fosfolípidos que forman una bicapa lipídica.
    • La envoltura ayuda a mantener la forma del núcleo y ayuda a regular el flujo de moléculas dentro y fuera del núcleo a través de los poros nucleares. El núcleo se comunica con el resto de la célula o el citoplasma a través de varias aberturas llamadas poros nucleares.
    • Dichos poros nucleares son los sitios para el intercambio de moléculas grandes (proteínas y ARN) entre el núcleo y el citoplasma.
    • Un espacio lleno de líquido o espacio perinuclear está presente entre las dos capas de una membrana nuclear.

    Nucleoplasma

    • El nucleoplasma es la sustancia gelatinosa dentro de la envoltura nuclear.
    • También llamado carioplasma, este material semi-acuoso es similar al citoplasma y está compuesto principalmente de agua con sales disueltas, enzimas y moléculas orgánicas suspendidas en su interior.
    • El nucleolo y los cromosomas están rodeados por nucleoplasma, que funciona para amortiguar y proteger el contenido del núcleo.
    • El nucleoplasma también apoya al núcleo ayudando a mantener su forma. Además, el nucleoplasma proporciona un medio mediante el cual los materiales, como las enzimas y los nucleótidos (subunidades de ADN y ARN), pueden transportarse por todo el núcleo. Las sustancias se intercambian entre el citoplasma y el nucleoplasma a través de poros nucleares.
    • Dentro del núcleo hay una estructura densa sin membrana compuesta de ARN y proteínas llamadas nucleolo.
    • Algunos de los organismos eucariotas tienen un núcleo que contiene hasta cuatro nucleolos.
    • El nucleolo contiene organizadores nucleolares, que son partes de cromosomas con los genes para la síntesis de ribosomas en ellos. El nucleolo ayuda a sintetizar los ribosomas mediante la transcripción y el ensamblaje de subunidades de ARN ribosómico. Estas subunidades se unen para formar un ribosoma durante la síntesis de proteínas.
    • El nucleolo desaparece cuando una célula se divide y se reforma una vez completada la división celular.
    • El núcleo es el orgánulo que alberga los cromosomas.
    • Los cromosomas consisten en ADN, que contiene información hereditaria e instrucciones para el crecimiento, desarrollo y reproducción celular.
    • Los cromosomas están presentes en forma de cadenas de ADN e histonas (moléculas de proteína) llamadas cromatina.
    • Cuando una célula está & # 8220 en reposo & # 8221, es decir, no se está dividiendo, los cromosomas se organizan en estructuras largas entrelazadas llamadas cromatina.
    • La cromatina se clasifica además en heterocromatina y eucromatina según las funciones. El primer tipo es una forma altamente condensada, transcripcionalmente inactiva, presente principalmente junto a la membrana nuclear. Por otro lado, la eucromatina es una organización de cromatina delicada y menos condensada, que se encuentra abundantemente en una célula de transcripción.

    Además del nucleolo, el núcleo contiene varios otros cuerpos no delineados por membranas. Estos incluyen cuerpos de Cajal, Géminis de cuerpos enrollados, asociación de cariosomas de interfase polimórfica (PIKA), cuerpos de leucemia promielocítica (LMP), paraspeckles y splicing speckles.