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1. El núcleo celular
En general, las células eucariotas tienen un solo núcleo. Como excepciones, se encuentran los osteoclastos, las células musculares estriadas esqueléticas…
En general, el núcleo está en posición central, dependiente de la polarización. Como excepciones, se encuentran los adipocitos (núcleo excéntrico), las células musculares estriadas esqueléticas (núcleo lateral), las células secretoras (núcleo basal)…
El núcleo depende de los estados celulares (interfase y mitosis). En el núcleo interfásico hay tres componentes morfológicamente diferenciables: envoltura nuclear , cromatina (ADN + proteínas histonas y no histonas) y nucléolo (RNAr). El resto es el nucleoplasma , una fase acuosa con enzimas y proteínas residuales, como proteínas ácidos no histónicas unidas a la cromatina (PCNA, nucleoplasmina y N1); también cofactores, precursores, minerales…
Envoltura nuclear
Es una doble membrana (externa e interna). El espacio de 25-40 nm que existe entre ambas membranas se denomina cisterna perinuclear. Tiene características parecidas al RER (composición, trilaminar, espesor, enzimas…) y puede presentar continuidad con él. La membrana externa puede tener adosados ribosomas. La envoltura nuclear no es estable, ya que en mitosis desaparece y reaparece al final de ésta: en la telofase, el RER contribuye a la formación de la membrana nuclear junto con otros fragmentos membranosos.
La lámina nuclear es un material denso asociado a la cara interna de la envoltura nuclear encargado de separar la cromatina. Está formada por cadenas polipeptídicas denominadas láminas que se juntan formando las láminas A , B y C , que son dímeros con un dominio en forma de varilla y dos cabezas globulares. Los tetrámeros se ensamblan para formar filamentos (como en queratinas). Las láminas A y C provienen de un mismo gen (splicing alternativo). Poseen una señal de localización nuclear (SLN o NLS) que las dirige al núcleo. Sufren un procesamiento y se anclan a la envoltura (polimerizan para dar lugar a la lámina) uniéndose a proteínas transmembrana (la lámina B a LBR , LAP1 y LAP2 y las láminas A y C, a LAP1 ) y a la cromatina. La lámina nuclear organiza la distribución de la cromatina y/o de los cromosomas en el núcleo (pueden regular la expresión génica) y participa en la disolución y nueva formación de la envoltura nuclear. La fosforilación de las láminas (debida a las quinasas) es la responsable de la desorganización de la envoltura y del cambio en la arquitectura de la cromatina. En prometafase, las láminas son fosforiladas (láminas-P (ser)), los filamentos intermedios se desensamblan y desaparece la envoltura nuclear formando vesículas (láminas B). En telofase, las láminas se desfosforilan (las desfosforilasas eliminan grupos fosfato) y polimerizan alrededor de la cromatina.
Los poros nucleares son el resultado de la fusión de las dos membranas, que quedan interrumpidas. A través de ellos se establece comunicación entre citoplasma y nucleoplasma. El poro tiene 80 nm de diámetro, pero hay un material denso, denominado anillo , que constituye el espacio útil, reduciendo el diámetro a 50 nm. Este anillo no es circular, sino que está constituido por ocho componentes formando un octógono regular. Cada componente está constituido por más de cien proteínas que se organizan en tres subunidades: columnares (perpendiculares), anulares (hacia el centro del poro) y adluminales (anclan el poro a la envoltura nuclear). Desde cada
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componente se proyectan dos finas fibrillas, una hacia el hialoplasma (citosol) y otra hacia el nucleoplasma, que constituyen la jaula nuclear , por lo que se denominan fibrillas en jaula. Al final de la profase, los poros se desensamblan porque desaparece la envoltura nuclear. Vuelven a formarse al final de la mitosis (telofase). Para el transporte entre el núcleo y el citoplasma se necesita un mecanismo de transporte regulado del que se encargan unas proteínas ancladas en los márgenes del poro. Funciona como un diafragma de apertura controlada por las nucleoporinas. También participan proteínas transportadoras (9 tipos de importinas y 5 de exportinas ). Es necesaria una señal en la proteínas transportada: un péptido señal aminoterminal compuesto por 4-8 aminoácidos que presenta prolina y aminoácidos cargados positivamente (arginina, lisina) y que es eliminado al entrar o salir del núcleo. Hay dos señales: NLS (localización nuclear) y NES (exportación nuclear). La direccionalidad del transporte depende, además de importinas y exportinas, de RAN (GTP-GDP) , que es común a los dos procesos. En el mecanismo de exportación , una exportina se une por un extremo a la proteína con la secuencia NES que va a salir de núcleo y, por el otro, a RAN-GTP. El complejo interacciona con el poro, de manera que las nucleoporinas se abren y el complejo pasa al citoplasma. Al hidrolizarse el GTP, el complejo se separa. La proteína queda libre en el citoplasma, mientras que RAN-GDP y exportina vuelven al núcleo y una proteína fosforila a RAN-GDP. La NES es cortada por una proteína en el citoplasma. En el mecanismo de importación participa una importina, que está formada por dos subunidades (α-importina y β-importina). El conjunto de RAN-GDP, importina αβ y la proteína con la señal NLS interacciona con el poro, las nucleoporinas se abren y dejan entrar al complejo. Allí, el complejo se separa y RAN-GDP se fosforila a RAN-GTP, que tiene afinidad por β-importina. El complejo RAN-GTP-αβ-importina sale al citoplasma, donde se hidroliza el GTP.
2. El nucléolo
Es una estructura con tabiques irregulares interconectados entre los que quedan espacios vacíos. Se distinguen dos componentes, la parte amorfa (espacios que forman cavidades intercomunicadas con la parte densa y que contienen gránulos de ADN) y la parte densa (es el nucleolema ).
Los microscopios electrónicos de alta resolución permitieron establecer una relación directa entre morfología y función. El nucléolo posee tres regiones funcionales: el centro fibrilar (finas fibrillas de 7-9 nm, contiene DNA y algo de RNA), el componente fibrilar denso (rodea el centro fibrilar y constituido por fibras y gránulos, que son ribonucleoproteínas) y el componente granular (gránulos también de naturaleza ribonucleoproteica de 25 nm). Las funciones del nucléolo son la transcripción del RNAr (en su fase activa) y el almacén de reservas proteicas para la síntesis de ribosomas.
El nucléolo tiene una cantidad variable de RNA y una gran cantidad de proteínas, que pueden ser fosfoproteínas ácidas o proteínas básicas (afecta a la tinción). Mientras que la cromatina es siempre basófila, el nucléolo es antófilo : puede ser basófilo y teñirse de violeta si posee proteínas ácidas o ser acidófilo y teñirse de rojo intenso si posee proteínas básicas.
Síntesis de ribosomas
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que su estructura terciaria tiene forma de L. En un extremo se encuentra el brazo del anticodón y en el otro, el brazo aceptor (sitio de unión al aminoácido).
Los ribosomas unen un RNAm con un RNAt-aas para dar lugar a un polipéptido. El apareamiento de bases entre los codones del mensajero y los anticodones dirige la síntesis. El RNAm proporciona la especificidad, el ribosoma no participa en ella. Durante la traducción se unen las dos subunidades del ribosoma, cada una de las cuales está formada por RNAr y proteínas. El polipéptido naciente no puede estar en contacto con las proteínas del ribosoma porque se producirían interacciones.
El RNAt se mueve secuencialmente por el deslizamiento del RNAm sobre el ribosoma a través de tres sitios: A (RNAt-aas), P (RNAt-péptido) y E (salida). El polipéptido creciente sale a través de un túnel en el RNA de la subunidad mayor.
La traducción se divide en tres pasos regulados por GTPasas y sus EGFs :
- Iniciación : se forma un complejo por la interacción de la subunidad menor del ribosoma, el RNAm y el RNAt iniciador unido a metionina, que se une al codón de iniciación (AUG). A continuación, se une la subunidad mayor.
- Elongación : los RNAt proporcionan los aminoácidos al ribosoma siguiendo la secuencia del RNAm. El ribosoma forma enlace peptídico entre el N-terminal del nuevo aminoácido y el C-terminal del nuevo polipéptido mediante la acción de la peptidiltransferasa, una ribozima de la subunidad mayor. La mayoría de los RNAm de más de 100-200 nucleótidos poseen más de un ribosoma activo ( polisomas ). Esto explica que la cantidad de ribosomas sea mayor que la de RNAm y que un RNAm dé lugar a varios polipéptidos a la vez.
- Terminación : en 3’, el ribosoma encuentra un codón de terminación (UAA, UAG, UGA). Se une al RNAm un factor proteico cortando el polipéptido. Se disocian las subunidades ribosomales, quedando listas para una nueva traducción.
El plegamiento proteico: las chaperonas
El péptido con 40 aminoácidos comienza a emerger al citoplasma y adquiere una estructura tridimensional que radica en la secuencia de aminoácidos (en la interacción/ repulsión entre los diferentes residuos). El plegamiento ocurre antes del final de la traducción y necesita ayuda (para evitar la desnaturalización, la formación de agregados, la proteolisis…) de chaperonas , que se unen a residuos hidrofóbicos y evitan la agregación. Hay dos tipos: HSPs y sus reguladores (plegamientos sencillos) y las chaperoninas (plegamientos complejos). Si su acción falla, las chaperonas se vuelven a unir para intentar de nuevo conseguir un plegamiento correcto.
Las HSPs son un ejemplo de proteínas de choque térmico (aumentan su expresión en células sometidas a una elevada temperatura). Se unen a proteínas mal plegadas o nuevos polipéptidos plegados parcialmente (en el ribosoma). HSP40 reconoce la proteína mal plegada y se la ‘‘enseña’’ a HSP70. Una vez reconocida la proteína por HSP70, HSP40 se libera. Se une una proteína a HSP70 y se pliega la proteína mal plegada. Para que el complejo se suelte, se precisa de la hidrólisis de ATP.
Las chaperoninas ayudan a polipéptidos nacientes a plegarse y a proteínas desnaturalizadas a replegarse. Secuestran la proteína en una cavidad cilíndrica. Están formadas por dos subunidades GroEl , en una de las cuales introducen a la proteína para que el ambiente del plegamiento sea óptimo. Para que una subunidad GroEl esté activa,
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debe estar unida a ATP. Cuando la proteína está en el interior de GroEl, se une GroEs. Cuando la proteína ya está plegada, se hidroliza el ATP y GroEs se libera. La subunidad GroEl que no ha participado en el plegamiento se activa por la unión del ATP mientras la otra subunidad realiza su función. En este mecanismo se gasta el doble de moléculas de ATP que con HSP. Las chaperoninas se clasifican en dos grupos: I (en mitocondrias y plastos) y II (en el citoplasma de eucariotas, mucho más compleja).
Si a pesar de todo la proteína no se pliega (p.ej., por inhibidores de chaperonas), un mecanismo de la célula denominada proteasoma degrada dicha proteína. Este mecanismo nunca actúa sobre proteínas que se dirigen al retículo. Las proteínas defectuosas poseen una señal de destrucción proteolítica que consiste en la unión de ubiquitinas (76 aminoácidos), en la que participan tres enzimas: E (enzima activadora de ubiquitinas: se une a la ubiquitina en un proceso dependiente de la hidrólisis de ATP), E2 (enzima conjugadora de ubiquitinas) y E3 (enzima ligasa de ubiquitinas: no se une a la ubiquitina, sino a E2 y a la proteína que va a ser degradada).
Diferentes proteínas o complejos proteicos se encargan de transportar las proteínas poliubiquitinadas al proteasoma. Todas tienen en común un dominio de unión a poliubiquitina y un dominio de unión al proteasoma.
El proteasoma está formado por el centro catalítico (cuatro anillos superpuestos, cada uno formado por siete subunidades) y dos complejos proteicos que hidrolizan ATP, capturan proteínas poliubiquitinadas y las introducen en el centro catalítico, donde son degradadas. La cola de poliubiquitinas no se degrada, se recicla. La salida de la proteína degrada no requiere ATP.
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