¿Qué es el nucleoide?
El nucleoide es una región irregular, con apariencia desordenada, ubicada en el interior de las células procariotas, ocupando una región importante del citoplasma y claramente diferenciable por su distinta fase.
Se distingue como el lugar donde se concentra el ADN bacteriano, como única molécula larga de dos cadenas, formando el llamado cromosoma bacteriano que se condensa siendo visible como un nucleoide.
De manera sencilla, el nucleoide es una estructura similar al núcleo eucariota, pero no posee delimitaciones estructurales visibles. Sin embargo, sí es posible diferenciarlo del resto del contenido citoplasmático y reconocerlo como uno de sus principales componentes.
Características del nucleoide
– Forma. La forma que posee el nucleoide es el resultado de muchas proyecciones de este, dando como resultado una forma coralina, que durante la duplicación adopta una forma más bilobada, que luego se separa en dos nucleoides distintos.
– Ubicación. Se ubica en las células procariotas, y en él se encuentra la información genética, es decir, el ADN. A diferencia de las células eucariotas, las procariotas no tienen núcleo definido por una membrana nuclear.
– Composición. Se compone principalmente por una molécula de ADN circular, que contiene la información genética celular. Esta molécula de ADN está asociada con proteínas estructurales y enzimas que ayudan a mantener su estructura y función. El ADN circular solo presentan un cromosoma y, en consecuencia, una copia de cada gen, siendo haploides genéticos.
– Manipulación genética. El genoma de las bacterias es relativamente pequeño y fácil de manipular, adicionando o eliminando fragmentos de ADN (debido a su fácil disociación del resto de los componentes del nucleoide) se pueden introducir nuevamente en las bacterias, por lo que es ideal para los trabajos de ingeniería genética.
Estructura y composición del nucleoide
El nucleoide, conocido como cuerpo cromatínico, tiene como componente principal el ADN, que constituye más de la mitad de su contenido y está condensado alrededor de 1.000 veces. Al aislarse cada nucleoide, su masa está constituida por 80% de ADN.
Sin embargo, además de su genoma, posee moléculas de ARN y una gran variedad de enzimas, como ARN polimerasa y topoisomerasas, además de proteínas básicas.
En una gran variedad de bacterias existe material genético que no está concentrado en el nucleoide, pero que se encuentra disperso en el citoplasma, en estructuras denominadas plásmidos, donde se encuentran moléculas de ADN más pequeñas.
Otras variedades de proteínas asociadas íntimamente con el nucleoide tienen la función de mantenerlo condensado y compacto y también facilitar la segregación del material genético a las células hijas. Los procesos de síntesis de ARN y proteínas en el nucleoide parecen ayudar en el mantenimiento de la forma global del nucleoide.
Por otro lado, durante procesos como la diferenciación celular o en la adopción de estados latentes, la forma del nucleoide varía dramáticamente.
La organización del nucleoide varía de acuerdo a la especie de bacteria que se evalúe. Otras proteínas asociadas al nucleoide (PAN) influyen también en su organización.
El nucleoide en la división celular
Cuando las bacterias se comienzan a dividir, el nucleoide contiene el material de dos genomas, producto de la síntesis de ADN. Este material duplicado se reparte entre las células hijas, debido a la división celular.
Durante este proceso, cada genoma, mediante proteínas asociadas al nucleoide y a la membrana, se une a ciertos sectores de esta última que irán tirando de dos regiones del cromosoma bacteriano cuando se produce la división, de manera que cada compartimiento originado (es decir, cada célula hija) queda con un nucleoide.
Varias proteínas, como la HU e IHF, se unen fuertemente al ADN y participan en su condensación, replicación y plegado.
Funciones del nucleoide
- Protección. El nucleoide no solo es un portador inactivo del material genético (cromosoma bacteriano). Además, junto a la acción de proteínas acompañantes en el mismo, protegen el ADN. Su compactación está correlacionada directamente con la protección del genoma durante procesos como el estrés oxidativo y factores físicos como la radiación.
- Replicación del ADN. En él se realiza el proceso de replicación del ADN, donde la molécula de ADN original se duplica y se prepara para la división celular. Esto resulta fundamental para asegurar que cada célula hija reciba una copia completa del material genético.
- Almacenamiento de material genético. Este es el principal rol del nucleoide: servir como lugar donde se almacena el material genético de la célula en forma de ADN circular.
- Transcripción de genes. Es el lugar donde ocurre la transcripción de genes, es decir, la síntesis de ARN mensajero (ARNm) a partir de la plantilla de ADN, lo que permite la expresión génica, que resulta en la producción de proteínas y la ejecución de varias funciones celulares.
Nucleoide en bacterias sin fisión binaria
Aunque el nucleoide ha sido mejor caracterizado en bacterias que presentan fisión binaria, existen algunas variantes en bacterias que se dividen o reproducen por otros métodos.
En bacterias que usan la gemación como medio de reproducción, el nucleoide aparentemente tiene segmentación, por lo que existe entonces una diversidad en la organización de esta estructura bacteriana.
En bacterias como Gemmata obscuriglobus, que se reproduce por gemación, el nucleoide posee una serie de compartimentos, que están delimitados por una membrana intracitoplasmática.
En esta especie, cuando una célula hija sale, recibe un nucleoide desnudo que se recubre de una membrana intracitoplasmática a medida que la yema madura y se libera de la célula progenitora.
Otras bacterias de gran tamaño poseen una gran cantidad de nucleoides dispersos y separados alrededor de su periferia, mientras que el resto del citoplasma permanece libre de ADN. Esto constituye un caso de poliploidía que es más familiar en células eucariotas.
Diferencias del nucleoide con el núcleo eucariota
- Membranas. En el caso de las células procariotas, el nucleoide carece de membrana, contrastando con el núcleo de las células eucariotas, que sí posee una membrana que empaqueta su genoma y lo protege.
- ADN. En la célula eucariota, el material genético está organizado en los cromosomas de manera muy compacta u organizada, mientras que el nucleoide es menos compacto y más disperso. Sin embargo, en procariotas forma cuerpos definidos y diferenciables.
- Cromosomas. El número de cromosomas en la célula eucariota suele variar. Sin embargo, son más numerosos que los organismos procariotas, que solo poseen uno. En contraste con el material genómico de las bacterias, las células eucariotas poseen dos copias de cada gen, por lo que son diploides genéticamente.
Referencias
- Lewin, B. Genes. 2da Edición Editorial Reverte.
- Madigan, M.T., Martinko, J.M. Parker, J. Brock: Biología de los microorganismos. Pearson Educación.
- Margolin W. Imaging the Bacterial Nucleoid. In: Dame R.T., Dorman C.J. (eds) Bacterial Chromatin. Springer.
- Müller-Esterl, W. Bioquímica. Fundamentos para medicina y ciencias de la vida. Reverte.
- Wang, L., Lutkenhaus, J. FtsK is an essential cell division protein that is localized to the septum and induced as part of the SOS response. Molecular microbiology.