La envoltura nuclear
La envoltura nuclear es una doble membrana que rodea al núcleo y posee numerosos poros que permiten el pasaje deARN y otros productos.

Esquema del núcleo, nucléolo y ampliación mostrando los poros nucleares, modificado de: https://whfreeman.com/life/update/chap04.html

La envoltura nuclear crea y mantiene una estructura tridimensional que conforma el entorno donde el ADN se organiza en los cromosomas, se expresa y replica. La envoltura nuclear consiste en dos membranas (interna y externa) que periódicamente se unen definiendo poros, los cuales se rodean de las proteínas que conforman el complejo de poro nuclear (NPCs del ingles nuclear pore complexes) y regulan selectivamente la entrada y salida del núcleo.
El espacio entre la membrana interna y externa es de 200 a 300 amgtroms. Este espacio se llena con proteínas recién sintetizadas, en la misma forma en que sucede con el espacio del RER (Retículo Endoplásmico Rugoso). La membrana exterior se continua con el retículo endoplásmico rugoso, y tiene ribosomas pegados a ella. (Ver esquema ).

Una ventaja de la doble capa de membrana es que la externa está en contacto con el citoplasma mientras que la interna está en contacto con el nucleoplasma
Lámina Nuclear


Lamina nuclear
Por debajo de la membrana interna de la envoltura nuclear (que mira hacia el nucleoplasma) se encuentra la lamina, un red de filamentos intermedios (lamin protein) que conforman una capa delgada que rodea al núcleo excepto en los poros nucleares. Estos filamentos pueden servir como estabilizadores y se encuentran también en el interior del núcleo (Ver esquema donde, solo para mayor visualización, se la destaca en colores. en realidad resulta bastantedifícil de distinguir, en una microfotografía electrónica, de la densa heterocromatina vecina ).
La lamina tiene las siguientes características estructurales y funcionales:
Tiene de 30 a100 nm de espesor y está hecha de “filamentos intermedios” que se conocen con el nombre de laminares (lamins) y que poseen una secuencia que sirve de señal 'nuclear', en manera tal que que pasen a formar parte del soporte filamentoso que se encuentra por debajo de la membrana interna. Los de tipo A se encuentran en el interior del nucleoplasma. El tipo B encuentra cerca de la membrana nuclear interna pudiendo unirse a proteínas integrales de la misma.
La membrana interna es el 'hogar' de un grupo de proteínas de membrana (entre ellas la emerina) que se adhiere a las filamentos intermedios, a los cromosomas o a ambos. La pérdida de emerina o mutaciones en los filamentos llevan a una enfermedad hereditaria denominada distrofia muscular de Emery-Dreifuss



Los filamentos laminares (lamins) pueden están involucradas en la organización funcional del núcleo.
Juegan un papel en el ensamble y desensamble del núcleo antes y después de la mitosis. Son fosforilados al final de la profase lo cual produce su desagregado y la ruptura de la envoltura nuclear. Cuando se remueve el fosfato (justo antes de la formación del núcleo de las células hijas durante la mitosis) se revierte el proceso y los filamentos se reagregan alrededor de cada grupo de cromosomas debajo de la membrana nuclear interna de cada célula hija.
Si se inyecta a la célula anticuerpos contra los filamentos nucleares(lamins), el núcleo no puede rehacerse luego de la división celular.
3.17 POROS NUCLEARES

Microfotografía electrónica
a nivel de un poro nuclear
El transporte de proteínas y ARN entre el núcleo y el citoplasma acontece por medio de una estructura proteica que se encuentra embebida en la envoltura nuclear denominada complejo de poro nuclear. Este complejo es enorme con respecto a lo que es corriente en estructuras proteicas, alcanza unos 120 MD (Mega Dalton), es decir 30 veces mas que un ribosoma. Este complejo restringe la libre difusión de partículas y proteínas de diámetro superior a 9 nm (tamaño correspondiente a proteínas de 40-60 KD). Sin embargo complejos de hasta 25 nm son transportados eficientemente, siempre que lleven adicionados una señal de exportación o importación nuclear.
Los poros nucleares están en sitios en donde las membranas interna y externa (que forman la envoltura nuclear) se unen (Ver esquema), dejando un espacio lleno de material filamentoso (ver microfotografía electrónica). Algunas veces es posible observar un delgado diafragma tendido horizontalmente entre los extremos del poro. También, la cromatina se organiza dejando una “vía”hacia el poro nuclear.


La ilustra un esquema del poro nuclear vista desde arriba (y la imagen en tinción negativa en ME). El poro contiene 8 subunidades que se pegan como una grampa sobre una región de unión de las membranas internas y externa y forman un anillo de subunidades de 15-20 nm de diámetro. Cada subunidad proyecta un saliente o pico hacia el centro de tal manera que el poro luce como una ruedacon ocho radios. En el centro existe un tapón central. En el estudio del poro nuclear resultaron de gran utilidad los grandes núcleos del oocito de la rana africana Xenopus laevis. Abajo puede verse un esquema tridimensional del NPC.


Modelo tridimensional del NPC
El poro tiene un diámetro efectivo de 10 nm. El transporte hacia y desde el núcleo ocurre de varias maneras:
Difusión: Esto puede ser evaluado añadiendo moléculas de tamaños diferentes al citosol y observando la tasa de transporte de cada grupo. Por ejemplo moléculas con:
Peso molecular de 5000 - difunden libremente
Peso molecular de 17000 - toma 2 minutos para equilibrarse
Peso molecular de 44000 - toma 30 minutos para establecer equilibrio
Peso molecular de 60000 - no se pueden mover por difusión
Este concepto es importante porque significa que los ribosomas maduros (con ambas subunidades unidas) no pueden reentrar al núcleo. Por consiguiente la síntesis de proteínas (traducción del mRNA) debe llevarse a cabo fuera del núcleo.

Muchos procesos celulares, tales como transducción de señales, progresión del ciclo celular y apoptósis son regulados a nivel del transporte nuclear. El progreso en este campo se debe a la identificación de señales de transporte, receptores de transporte y al conocimiento de los mecanismos de direccionalidad del transporte.
Importación y exportación de moléculas al núcleo
El transporte núcleo / citoplasmático es realizado mediante una familia de transportadores-receptores que interaccionan tanto con la carga a transportar como con el complejo nuclear de poro. Unaclase esta constituida por las importinas y exportinas. Se conocen (por el momento) unas nueve importinas y cinco exportinas, cada una de las cuales reconoce una señal de transporte diferente.
El transporte mediado por importinas y exportinas depende de una señal en la molécula a ser transportada. Ejemplos de esta son la
señal de localización nuclear o NLS (del inglés: nuclear localization signal) que es encontrada en numerosas proteínas dentro del núcleo
señal de exportación nuclear o NES (del inglés: nuclear export signal ), mediadoras de la salida del núcleo
Esta forma de transporte se lleva a cabo cuando moléculas mas grandes que el poro deben entrar al núcleo. El poro se puede dilatar ( hasta 26 nm) cuando recibe la señal apropiada. ( la señal está en una secuencia de los péptidos y estas son secuencias ricas en lisina, arginina y prolina).
La pequeña molécula Ran-GTP es la que impone la direccionalidad al transporte. Se encuentra presente en grandes concentraciones solo en el núcleo donde disocia el complejo de importación constituido por la carga + importina (ver la fig. Ciclo de importación hacia el núcleo) y estabiliza en complejo de exportación (ver la fig. Ciclo de exportación desde el núcleo).
La transformación cíclica de la Ran es regulada por dos pequeñas proteínas, y genera un gradiente Ran-GTP/ Ran GDP a ambos lados de la envoltura nuclear que es mantenido por :
el factor de intercambio de guanina (RCC1), localizado en el núcleo, que convierte el Ran-GDP en Ran-GTP (ver la fig. Ciclo de exportación desde el núcleo).

la Ran-Gap ( GTPasa)de localización citoplasmática, que convierte el Ran-GTP en Ran- GDP (ver la fig. Ciclo de exportación desde el núcleo).

Se considera que este gradiente motoriza el movimiento de moléculas de transporte de carga a través del del complejo nuclear de poro . La Ran regula el transporte en razón de que se puede unir selectivamente a diferentes factores de transporte ('shuttle') los cuales a su vez vehiculizan las macromoléculas.
Estructura y función del nucléolo
Es una gran estructura del núcleo eucariota donde tiene lugar la síntesis y procesamiento del ARNr. El nucléolo se organiza a partir de los “organizadores nucleolares', regiones que existen en los diferentes cromosomas. Un número de cromosomas se junta y transcriben al ARN ribosómico en este sitio. Las regiones son vistas como áreas circulares pálidas, rodeadas de un anillo de filamentos electródensos. Estos filamentos son llamados colectivamente la pars fibrosa (PF). Esta es formada por ARN ribosómico recién trascripto. En el esquema se muestran las partes del nucléolo.
Luego que el ARN ribosómico es transcripto, se une a proteínas y puede verse la acumulación de partículas de ribonucleoproteína en la pars granulosa (PG). Estas partículas forman los dos tipos de unidades ribosomales (la grande y la pequeña), las cuales serán transportadas hacia fuera por los poros nucleares, en forma separada. Los poros no permiten el pasaje de ribosomas ensamblados, entonces ellos no pueden reentrar. Esto significa que la traducción del ARN y la síntesis de proteínas debe ocurrir fuera del núcleo.
Luego de que la subunidades estánen el citoplasma, se conectan y pueden unirse al retículo endoplásmico. Las subunidades proveen una unión y un sitio “lector de código” para el ARN mensajero (RNAm). Si ellas (las subunidades) se unen al retículo endoplásmico rugoso las subunidades forman un poro que mueve las proteínas recién sintetizadas hacia la cisterna del retículo endoplásmico rugoso.
Los nucléolos aumentan en número y se agrandan cuando la célula es estimulada o está activamente involucrada en la síntesis de proteínas.
Los nucléolos desaparecen durante la división celular y luego se reforman en los centros organizadores nucleolares del cromosoma.