Función

El núcleo es la parte central de la célula y como tal, tiene diversas funciones:

  *En el núcleo se guardan los genes en forma de cromosomas (durante la mitosis) o cromatina (durante la interfase)y se protegen de las fuerzas mecánicas que se producen por el movimiento del citoesqueleto.

  *Transporta los factores de regulación y los genes a través de los poros nucleares

  *Produce mensajes (ARNm) que codifica proteínas.

  *Produce ribosomas en el nucleolo.Funciones nucleolo:
La función principal del nucléolo es la biosíntesis de ribosomas desde sus componentes de ADN para formar ARN ribosomal."El nucleolo es una máquina productora de ribosomas cuyo destino final es el citosol" Está relacionado con la síntesis de proteínas.
Además, investigaciones recientes, han descrito al nucléolo como el responsable del tráfico de pequeños segmentos de ARN. El nucléolo además, interviene en la maduración y el transporte del ARN hasta su destino final en la célula.
Aunque el nucléolo desaparezca en división, algunos estudios actuales aseguran que regula el ciclo celular. La estructura granular de los nucleolos solo puede ser observada con microscopia electrónica.

 En negro podemos observar claramente el nucleolo.

  *Pero la principal  función del núcleo celular es controlar la expresión génica y mediar en la replicación del ADN durante el ciclo celular ya que es la sede de la replicación (duplicación del ADN) y la transcripción (síntesis de ARN), mientras que la traducción ocurre en el citoplasma. En las células procariotas todos esos procesos coinciden en el mismo compartimento celular.

 

Compartimentalización celular

Se refiere a la capacidad de la envoltura nuclear que permite al núcleo controlar su contenido y separarlo del resto del citoplasma cuando sea necesario. Esto es importante para controlar procesos en cualquiera de los lados de la membrana nuclear. En algunos casos, cuando se precisa restringir un proceso citoplasmático, un participante clave se retira al núcleo, donde interactúa con  otros factores de transcripción para reprimir la producción de ciertas enzimas.
  Un ejemplo de esta capacidad se da en el caso de la glucólisis, una ruta celular en la que se utiliza la glucosa para producir energía. La hexoquinasa es la enzima responsable del primer paso de la glucólisis, produciendo glucosa-6-fosfato a partir de la glucosa. A altas concentraciones de fructosa-6-fosfato, una molécula que se forma posteriormente a partir de la glucosa-6-fosfato, una proteína reguladora retira la hexoquinasa al núcleo donde forma un complejo con otras proteínas nucleares que reprime la transcripción de los genes implicados en la glucólisis.

   Una vez que la glucosa entra a la célula y es convertida a glucosa-6-fosfato, queda "atrapada", puede ser utilizada sólo en el metabolismo de esa célula.

  En otro ejemplo, para controlar qué genes se deben transcribir, la célula impide el acceso físico de algunos factores de transcripción responsables de regular la expresión génica hasta que son activados por otras rutas de señalización. Esto impide que se den incluso pequeños niveles de expresión génica inadecuada.En el caso de los genes controlados por NF-κB(el factor de transcripción KAPPA B), que están implicados en la mayor parte de las respuestas inflamatorias.

A diferencia de otros factores de transcripción, que generalmente se encuentran en el núcleo, NF-kB se localiza de manera basal en el citoplasma en un estado inactivo y necesita un estímulo específico para traslocarse al compartimiento nuclear. Sólo en las células B y sus progenitoras se encuentra NF-kB constitutivamente en el núcleo.
El panorama actual muestra que este factor regula la transcripción de una gran variedad de genes, en particular aquellos involucrados en la respuesta inmune y control de la proliferación celular.

La compartimentalización permite a la célula impedir la traducción de ARNm no ayustado. El ARNm contiene intrones que se deben retirar antes de ser traducidos para producir proteínas funcionales. El ayuste se efectúa en el interior del núcleo antes de que el ARNm pueda acceder a los ribosomas para su traducción. Sin el núcleo los ribosomas traducirían ARNm recién transcrito y sin procesar, lo que produciría proteínas mal plegadas y deformadas.

 Procesamiento del pre-ARNm

Micrografía de una transcripción genética en curso de ácido ribonucleico ribosomal que ilustra el crecimiento de los transcritos primarios.

Implica en primer lugar la transcripción, en la que el ADN se utiliza como molde para producir ARN. En el caso de los genes que codifican proteínas, el ARN generado por este proceso es el ARN mensajero (ARNm), que posteriormente precisa ser traducido por los ribosomas para formar una proteína. Puesto que los ribosomas se localizan fuera del núcleo, el ARNm sintetizado debe ser exportado.


Animación proceso de transcripción:  http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/transcription.swf

Video transcripción: 

Puesto que el núcleo es el lugar donde se da la transcripción, está dotado de un conjunto de proteínas que, o bien están implicadas directamente en este proceso, o en su regulación. Entre éstas encontramos las helicasas, que desenrollan la molécula de ADN de doble cadena para facilitar el acceso de la maquinaria de síntesis, la ARN polimerasa, que sintetiza el ARN a partir del molde de ADN y la topoisomerasa, que varía la cantidad de superenrollamiento del ADN, así como una amplia variedad de factores de transcripción que regulan la expresión génica. La topoisomerasa se encarga de desdoblar, y la helicasa de separar (rompiendo puentes de hidrógeno que unen a las bases nitrogenadas).

-EN CÉLULAS EUCARIOTAS 

El ARN mensajero obtenido después de la transcripción se conoce como transcrito primario o ARN precursor (pre-ARN), que en la mayoría de los casos no se libera del complejo de transcripción en forma totalmente activa, sino que ha de sufrir modificaciones antes de ejercer su función (procesamiento o maduración del ARN). Entre esas modificaciones se encuentran la eliminación de fragmentos (splicing), la adición de otros no codificados en el ADN y la modificación covalente de ciertas bases nitrogenadas. Concretamente, el procesamiento del ARN en eucariotas comprende 6 diferentes fases:

 

Como podemos ver, las 3 primeras tienen lugar en el núcleo celular y las tres últimas no:

1.   Adición al extremo 5' de la estructura denominada caperuza o casquete (o CAP, su nombre en inglés) que es un nucleótido modificado de guanina, la 7-metilguanosina, que se añade al extremo 5' de la cadena del ARNm transcrito primario (ubicado aún en el núcleo celular) mediante un enlace 5'-fosfato → 5'-fosfato en lugar del habitual enlace 3',5'-fosfodiéster. Esta caperuza es necesaria para el proceso normal de traducción del ARN y para mantener su estabilidad; esto es crítico para el reconocimiento y el acceso apropiado del ribosoma.
2. Poliadenilación: es la adición al extremo 3' de una cola poli-A, una secuencia larga de poliadenilato, es decir, un tramo de RNA cuyas bases son todas adenina. Su adición está mediada por una secuencia o señal de poliadenilación (AAUAAA), situada unos 20-30 nucleótidos antes del extremo 3' original. Esta cola protege al ARNm frente a la degradación, aumentando su vida media en el citosol, de modo que se puede sintetizar mayor cantidad de proteína.
3. En la mayoría de los casos, el ARN mensajero sufre la eliminación de secuencias internas, no codificantes, llamadas intrones. Esto no ocurre en células procariontes, ya que estas no poseen intrones en su ADN. El proceso de retirada de los intrones y conexión o empalme de los exones se llama ayuste, o corte y empalme (en inglés, splicing). Ciertas enzimas parecen estar involucrados en editar el RNA antes de su exportación fuera del núcleo, intercambiando o eliminando nucleótidos erróneos.
4. El ARN mensajero maduro es trasladado al citosol de la célula, en el caso de los seres eucariontes, a través de poros de la membrana nuclear.
5. Una vez en el citoplasma, el ARNm se acoplan los ribosomas, que son la maquinaria encargada de la síntesis proteica. En procariontes, la unión de los ribosomas ocurre mientras la cadena de ARNm esta siendo sintetizada.
6. Después de cierta cantidad de tiempo el ARNm se degrada en sus nucleótidos componentes, generalmente con la ayuda de ribonucleasas.

-EN CÉLULAS PROCARIOTAS

El proceso de transcripción y el de traducción se realizan de manera similar que en las células eucariotas. La diferencia fundamental está en que, en las procariotas, el ARN mensajero no pasa por un proceso de maduración y, por lo tanto, no se le añade caperuza ni cola, ni se le quitan intrones. Además no tiene que salir del núcleo como en las eucariotas, porque en las células procariotas no hay un núcleo definido.