Nucléolo

O nucléolo na célula humana. De arriba a abaixo: envoltura nuclear, membrana externa, membrana interna, nucleoplasma, cromatina, heterocromatina, eucromatina, ribosomas e poros nucleares.

O nucléolo é un compoñente do núcleo celular encargado da fabricación dos ribosomas da célula. No nucléolo atópase a rexión dos cromosomas (ADN) que conteñen os xenes altamente repetidos de ARNr. No nucléolo transcríbense estes xenes e axústanse a proteínas ribosómicas para formar as unidades prerribosomais que posteriormente darán lugar aos ribosomas do citoplasma.

O nucléolo pode atoparse próximo á membrana celular ou no nucleoplasma.

O tamaño do nucléolo reflicte a súa actividade. Mostra grandes variacións en diferentes células, e pode cambiar co tempo nunha mesma célula. É moi pequeno, por exemplo, nalgunhas células de plantas en dormencia, pero pode ocupar máis do 25% do volume nuclear en células que están producindo grandes cantidades de proteínas.

A aparencia do nucléolo cambia dramaticamente durante o ciclo celular. Cando a célula se aproxima á mitose o nucléolo vai reducindo o seu tamaño, ata que desaparece cando os cromosomas se condensan e cesa toda a síntese de ARN. Cando se renova a síntese de ARNr ao final da mitose, un discreto nucléolo reaparece nas zonas cromosomais onde se atopan os xenes que codifican para ARNr.

Número e estrutura

O número de nucléolos é moi variable dependendo do tipo de célula estudado. Mesmo nun só tipo celular, pódense dar importantes variacións en canto á cantidade. A maioría das células teñen un ou dous nucléolos aínda que poden chegar a ter moitos como por exemplo en ovocitos de anfibios, onde se chegaron a observar ata mil nucléolos.

O nucléolo carece de membrana. Morfoloxicamente, o nucléolo adoita ser esférico pero pode ter formas moi irregulares. Adoitan encontrarse no centro do núcleo ou lixeiramente desprazados cara á periferia. O seu tamaño pode ser tamén moi variable pero normalmente varía entre un e dous microns.

A estrutura granular homoxénea dos nucléolos pode observarse con microscopia electrónica. A parte densa aos electróns do nucléolo, que forma o nucleolonema denomínase parte densa. Pero nela existen diferentes rexións dependendo do seu grao de densidade:

• Centros Fibrilares ou Zona Central: é a rexión con menor densidade. Está formada por unha rede de fibriñas de 4-5 nanómetros de espesor. A forma é normalmente globular, cun diámetro de entre 50 nm a un micron. O número e tamaño das zonas centrais é variable e depende da actividade celular e da necesidade de produción de máis ribosomas. Existen máis zonas centrais en células con moita actividade ca en células con pouca. Poden aparecer fibriñas de ADN e algo de ARN. Nesta rexión atópase o ADN dos organizadores nucleolares e algunhas proteínas e encimas que interveñen na transcrición. Estas rexións non son indispensables.
• Compoñentes Fibrilares Densos ou Parte Fibrilar central: é a rexión máis densa. Son estruturas fibrilares de ribonucleoproteínas dun grosor de 8-10 nm. Son rexións con ADN e ARN ribosómico que se forma e ao cal se unen proteínas. Normalmente rodean a zona central, e o seu tamaño depende da cantidade de ARNr que se está producindo.
• Rexión granular periférica: aparece menos densa aos electróns que a parte fibrilar pero máis densa que o centro fibrilar. Está formada por estruturas granulares de 25 nm de diámetro que se corresponden coas subunidades de ribosomas que se están a formar. Nalgúns casos obsérvanse masas moi densas de ADN asociadas ao nucléolo (heterocromatina asociada ao nucléolo). Os compoñentes granulares son pequenos gránulos cun diámetro de arredor de 15 nm. Normalmente aparecen formando unha masa que rodea os complexos fibrilares e unen a zona central cos compoñentes fibrilares densos.

Ben que os tres compoñentes principais do nucléolo son os centros fibrilares, os compoñentes fibrilares densos e os compoñentes granulares, suxeriuse que esta particular organización só se observa en eucariotas superiores e que evolucionou a partir dunha organización bipartita máis primitiva, con formas de transición de anamniotas a amniotas. Por causa do substancial incremento da rexión interxénica do ADN, o compoñente fibrilar primitivo puido separarse en centro fibrilar e compoñente fibrilar denso. Outra estrutura identificada no interior de moitos nucléolos (particularmente en plantas) é unha área clara no centro da estrutura denominada vacúolo nucleolar.

Funcións

A función básica do nucléolo é a biosíntese de subunidades ribosómicas, transcribindo ARNr e ensamblándoo con proteínas procedentes do citoplasma. En células cunha síntese proteica intensa hai moitos nucléolos, xa que necesitan fabricar moitos ribosomas.

Ademais, investigacións recentes describiron ao nucléolo como o responsable do tráfico de pequenos segmentos de ARN. O nucléolo tamén intervén na maduración e o transporte do ARN ata o seu destino final na célula.

Organizadores nucleolares e ensamblaxe dos ribosomas

Micrografía do núcleo e o nucléolo

Organizadores nucleolares. Os nucléolos fórmanse arredor do loci xenéticos específicos chamados rexións organizadoras nucleolares (NOR), descritas por primeira vez por Barbara McClintock. Debido á súa organización non casual (asociación cos NOR), dise que o nucléolo é un "elemento xeneticamente determinado." Un organizador nucleolar está composto por repeticións en tándem (situadas unhas despois das outras) de xenes de ARN, e encóntranse só en determinados cromosomas. O xenoma humano, por exemplo, contén máis de 200 copias agrupadas de xenes dos ARNr en cinco cromosomas diferentes, o 13, 14, 15, 21 e 22. Nun eucariota típico, un xene que codifica o ARNr consta dun promotor, os chamados espazadores transcritos internos e externos, secuencias codificantes dos ARNr 18S, 5,8S e 28S, e un espazador non transcrito externo.

Formación dos ARNr de 28, 18 e 5,8S. Na bioxénese dos ribosomas requírense dúas das tres ARN polimerases eucarióticas (ARN pol I e III), e funcionan de xeito coordinado. Na fase inicial, os xenes dos ARNr transcríbense como unha unidade (un só transcrito) no interior do nucléolo polas ARN pol I ou III. Para que esta transcrición aconteza cómpre a intervención de varios factores asociados á ARN pol I e ao ADN. No lévedo, os máis importantes son: UAF (upstream activating factor), TBP (proteína de unión á TATA), e CF (core factor), o cal únese a elementos promotores e forma o complexo de preiniciación, o cal á súa vez é recoñecido pola ARN polimerase. Nos humanos un complexo de pre-iniciación similar ensámblase co factor de selectividade do promotor (composto pola TBP e o factor asociado á TBP), factores de iniciación da transcrición e o UBF (Upstream binding factor). A ARN polimerase I transcribe a maioría dos transcritos de ARNr (de 28 S, 18 S e 5,8 S) pero o ARNr de 5 S (compoñente da subunidade maior do ribosoma) transcríbeo a ARN polimerase III, e nos humanos os seus xenes non están situados en organizadores nucleolares senón no cromosoma 1.

A transcrición dos xenes ribosómicos orixina unha longa molécula precursora, o ARNr de 45 S, que aínda contén os espazadores transcritos externos e internos. Necesítase un maior procesamento para xerar os ARNr de 18S, 5,8S e 28S definitivos. En eucariotas chegan ao seu respectivo sitio de recoñecemento certos encimas que modifican o ARN, traídos alí por interacción con ARN guías. Estes ARN guías pertencen á clase dos ARN nucleolares pequenos (snoRNA), que están formando complexos con proteínas, polo que son ribonucleoproteínas (ribonucleoproteínas nucleolares pequenas ou snoRNPs). Unha vez que se procesan, as moléculas de ARN están listas para ser ensambladas en subunidades ribosómicas máis grandes.

Formación do ARNr de 5 S. Para sintetizar todo o ARNr aínda é necesaria unha molécula máis, o ARNr de 5 S. Nos lévedos a secuencia de ADN para o ARNr de 5 S está localizada no espazador non transcrito externo e é transcrita no nucleolo pola ARN pol. Nos animais e plantas, a situación é máis complexa, porque o xene do ARNr de 5 S está fóra do organizador nucleolar e é transcrito pola ARN pol III no nucleoplasma, despois do cal se dirixe ao nucléolo para ensamblarse na súa subunidade ribosómica.

Proteínas ribosómicas. Esta ensamblaxe das subunidades ribosómicas non só implica o ARNr, senón tamén as proteínas ribosómicas. Os xenes que codifican estas proteínas son transcritos pola ARN pol II no nucleoplasma como ARNm seguindo o mecanismo "convencional" de transcrición para a síntese proteica (transcrición, procesamento do pre-ARNm, exportación do núcleo ao citoplasma do ARNm maduro e tradución nos ribosomas citoplásmicos). As proteínas ribosómicas terminadas son entón "importadas" ao núcleo e finalmente chegan ao nucléolo.

Ensamblaxe do ARNr e as proteínas. A asociación e maduración do ARNr e as proteínas ribosómicas ten como resultado a formación das subunidades de 40 S (menor) e 60 S (maior) do ribosoma. As subunidades xa rematadas son exportadas a través dos complexos dos poros nucleares ao citoplasma, onde quedan libres ou asócianse con membranas do retículo endoplasmático, que a partir dese momento se chama rugoso.

Existe unha cadea continua de transporte entre o nucleoplasma e as partes internas do nucléolo a través dunha rede de canais nucleolares. Desta maneira, son distribuídas doadamente macromoléculas cun peso molecular de ata 2000 kDa a través do nucléolo.

Ciclo do nucléolo

O nucléolo non se ve ao longo de todo o ciclo celular, xa que en determinadas fases desaparece. Igual que os cromosomas, sofre unha serie de cambios segundo se encontre en interfase ou en división. En interfase non sofre cambios morfolóxicos significativos (pode darse un aumento ou unha fusión de varios). Porén, en división danse cambios que determinan o ciclo do nucléolo. Neste ciclo hai tres etapas:

1. Desorganización profásica: o nucléolo diminúe de tamaño e faise bastante irregular. Aparecen pequenas masas de material nucleolar que se dispoñen entre os cromosomas profásicos que se están a condensar.
2. Transporte metafásico e anafásico: o nucléolo perde a súa individualidade e os seus compoñentes incorpóranse aos cromosomas metafásicos.
3. Organización telofásica: na primeira metade da telofase, os cromosomas descondénsanse e aparecen os corpos laminares e os corpos prenucleolares (de maior tamaño e resultado da fusión dos primeiros). Estes corpos son estruturas esféricas con características citoquímicas e estruturais do núcleo interfásico. Os corpos prenucleolares aumentan de tamaño e empezan a formar un nucléolo arredor da rexión dos organizadores nucleolares. A cantidade de nucléolos depende do número de organizadores nucleolares

Véxase tamén

Ligazóns externas

• Nucleolus under electron microscope II at uni-mainz.de Arquivado 18 de maio de 2011 en Wayback Machine.
• Recent concerns about nucleolus at hgu.mrc.ac.uk
• BUHistology - 20104loa