Existe un tráfico bidireccional continuo entre el citosol y el núcleo. La gran cantidad de proteínas que actúan en el núcleo son importadas de forma selectiva desde el citosol, donde son fabricadas, hasta el compartimento nuclear.
- Para recordar
- Complejos del poro nuclear
- Señales de localización nuclear
- Dirección en el transporte a través de los NPC
- Envoltura nuclear y la mitosis
Para recordar
Algunas de las proteínas que actúan en el núcleo son las histonas, las DNA y RNA polimerasas, las proteínas reguladoras de genes y las proteínas de proceso del RNA.
- Envoltura nuclear
- Encierra el
DNAy define el compartimiento nuclear. - Está formada por dos membranas concéntricas que están perforadas por complejos de poro nuclear.
- Membrana nuclear interna
- Contiene proteínas que actúan como lugares de anclaje específicos de la cromatina y de la lámina nuclear.
- Lámina nuclear
- Red protéica que aporta soporte estructural a la envoltura nuclear.
- Membrana nuclear externa
- Envuelve a la envoltura nuclear interna.
- Es continua con la membrana del
RE. - Está tapizada por ribosomas que realizan la síntesis de proteínas.
Otros hechos importantes:
- La membrana nuclear interna y la externa, son un continuo
- La membrana nuclear externa y la membrana del retículo endoplásmico son continuas
- Sí, hay proteínas en el núcleo
- Los
tRNAy losmRNAson sintetizados en el compartimento nuclear y luego son exportados al citosol - El proceso de importación y exportación a y desde el núcleo, es selectivo
- Las proteínas ribosomales son fabricados en el citosol e importadas al núcleo donde se ensamblan con los
RNAribosomales. De ahí son exportadas al citosol donde se ensamblan formando los ribosomas
Complejos del poro nuclear
En todas las células eucariotas, la envoltura nuclear está perforada por elaboradas estructuras conocidas como complejos de poro nuclear (NPC por sus siglas en ingles nucear pore complexes). En las células animales, cada NPC tiene un peso molecular estimado de 125 millones de dalton y está formado por unas 30 proteínas diferentes o nucleoporinas, ordenadas según una genial simetría hexagonal.
Otras cosas geniales a considerar de los NPC:
- Una envoltura nuclear de una célula típica de mamífero, puede contener entre 3000 y 4000
NPC. - Cada
NPCpuede transportar más de 500 macromoléculas por segundo y en ambos sentidos. - Cada
NPCcontiene uno o más poros acuosos a través de los cuales pueden difundir pasivamente pequeñas moléculas solubles en agua. - Las moléculas de hasta 5000 dalton difunden con demasiada rapidez, prácticamente la envoltura nuclear es permeable a ellas.
- Las proteínas de más de 60000 dalton apenas pueden entrar al núcleo por difusión pasiva.
- La envoltura nuclear tiene proteínas receptoras que transportan activamente moléculas grandes a través de los
NPC.
Señales de localización nuclear
Ciertas señales de localización nuclear son las responsables del proceso de importación activo al núcleo. En muchas proteínas las señales consisten en una o dos secuencias cortas, ricas en aminoácidos cargados positivamente lisina y arginina con una secuencia precisa diferente de las otras proteínas nucleares.
Las señales de localización nuclear, se localizan casi en cualquier lugar de la secuencia de aminoácidos y parece que forman asas o parches en la superficie de las proteínas. Mientras una de las subunidades de un complejo formado por muchos componentes, presente una señal de localización nuclear, todo el complejo será importado al núcleo.
El transporte de macromoléculas a través de los NPC se diferencia del transporte de proteínas a través de las membranas de otros organelos en que ocurre a través de un gran poro acuoso en lugar de un transportador protéico que atraviesa una o más bicapas. Por esta razón, a través de los NPC se pueden transportar las proteínas nucleares plegadas por completo y las subunidades de los ribosomas son transportadas hacia fuera del núcleo en forma de partículas ensambladas. Por el contrario, para poder ser transportadas a otros organelos, las proteínas tienen que estar desplegadas en su totalidad.
Para que se inicie el transporte hacia el núcleo, muchas secuencias de localización nuclear han de ser reconocidas por sus respectivos receptores de importación nuclear, codificados por una familia de genes relacionados entre sí. Cada uno de los miembros de esta familia, codifica una proteína de carga, las que contienen señales de localización nuclear a las que se puede unir dicho receptor. Algunas proteínas adaptadoras están relacionadas estructuralmente con los receptores de importación, lo que sugiere un origen evolutivo común. Utilizando varios receptores de importación y proteínas adaptadoras diferentes, las células reconocen el amplio repertorio de secuencias de localización nuclear que presentan las proteínas nucleares.
La exportación como la importación
La exportación desde el núcleo funciona como la importación, pero en sentido contrario.
La exportación de grandes moléculas, tales como subunidades ribosomales y las moléculas de RNA, también se realiza a través de los NPC (recuerda que el flujo en ellos es bidireccional), y también depende de un sistema selectivo de transporte. El sistema de transporte se basa en la presencia de señales de exportación nuclear en las moléculas a exportar, así como en la existencia de receptores de exportación nuclear complementarios. Estos receptores se unen a las señales de exportación y a las proteínas del NPC, guiando su carga a través del NPC hasta el citosol.
A los receptores de transporte nuclear, también se les llama carioferinas.
Dirección en el transporte a través de los NPC
Para que la célula pueda importar proteínas a través de los NPC, necesita de energía, que es obtenida por la hidrólisis de GTP por la GTPasa monomérica Ran. Ran se encuentra tanto en el Citosol como en el núcleo y es necesaria para la importación y exportación nuclear.
Recordemos que el
GTPes la contracción de guanosín trifosfato. Como elATPque es el adenosín trifosfato, pero la primera usa la base nitrogenada guanina.
Como otras GTPasas, la proteína Ran es un interruptor molecular que existe en dos estados conformacionales, dependiendo de si está unida a GDP o a GTP. Dos proteínas reguladoras específicas de Ran disparan la transformación entre dos estados:
- Proteína citosólica activadora de
GTPasa->GAPpor GTPase activating protein: induce la hidrólisis deGTPconvirtiendoRan-GTPenRan-GDP. - Factor nuclear intercambiador de guanina ->
GEFpor guanine exchange factor que activa el intercambio deGDPporGTPconvirtiendoRan-GDPenRan-GTP.
Como Ran-GAP se localiza en el citosol y Ran-GEF en el núcleo, el citosol contiene sobre todo Ran-GDP y el núcleo Ran-GTP.
Para determinar la dirección, basta con conocer lo anterior, que nos dirige a que la Ran-GDP, recién hidrolizada por Ran-GAP presente en el núcleo, es quien determina que hay que entrar al núcleo. Ahí dentro, la Ran-GEF añade un grupo fosfato convirtiendo la Ran-GDP a Ran-GTP, que será quien indique que hay que salir del núcleo. Al salir, el ciclo se repite.
Envoltura nuclear y la mitosis
La lámina nuclear, localizada sobre la cara nuclear de la membrana nuclear interna, es una red de subunidades proteicas interconectadas denominadas láminas nucleares. Las láminas son un tipo especial de filamentos intermedios que polimerizan formando una red bidimensional. Como se decía antes, la lámina nuclear da forma y estabilidad a la envoltura nuclear, a la cual se halla anclada por la unión de los NPC y proteínas integrales de membrana de la membrana nuclear interna. La lámina también interactúa directamente con la cromatina, que a su vez lo hace con proteínas integrales de la membrana nuclear interna. Junto con la lámina, estas proteínas internas de membrana actúan como unión estructural entre el DNA y la envoltura nuclear.
La fosforilación de las láminas induce el desensamblaje de la lámina nuclear, que contribuye a la rotura de la envoltura nuclear. Se cree que la desfosforilación de las láminas facilita la reversión de este proceso. Algunas nucleoporinas y proteínas del interior de la membrana nuclear siguen un ciclo análogo de fosforilación y desfosforilación; algunas de estas desfosforilaciones también participan en el proceso de reensamblaje. La envoltura nuclear se repliega al rededor de las cromátidas hermanas descondensadas, y por último, cuando progresa la condensación, estas estructuras se funden formando un sólo núcleo completo.