Κυτταρικά χαρακτηριστικά πυρήνα, λειτουργίες, δομή και σύνθεση

Το κυτταρικού πυρήνα είναι ένα θεμελιώδες τμήμα των ευκαρυωτικών κυττάρων. Είναι η πιο εμφανής δομή αυτού του κυτταρικού τύπου και έχει το γενετικό υλικό. Κατευθύνει όλες τις κυτταρικές διεργασίες: περιέχει όλες τις οδηγίες που κωδικοποιούνται στο DNA για να πραγματοποιήσουν τις απαραίτητες αντιδράσεις. Συμμετέχει στις διαδικασίες της κυτταρικής διαίρεσης.

Όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν ένα πυρήνα, εκτός από ορισμένες ειδικές παραδείγματα ως ώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια (ερυθροκύτταρα) σε θηλαστικά και κύτταρα φλοιώματος σε φυτά. Παρομοίως, υπάρχουν κύτταρα με περισσότερους από έναν πυρήνες, όπως μερικά μυϊκά κύτταρα, ηπατοκύτταρα και νευρώνες.

Ο πυρήνας ανακαλύφθηκε το έτος 1802 από τον Franz Bauer. Ωστόσο, το 1830 ο επιστήμονας Robert Brown παρακολούθησε επίσης αυτή τη δομή και έγινε δημοφιλής ως κύριος ανακαλύπτής του. Λόγω του μεγάλου μεγέθους του, μπορεί να παρατηρηθεί με σαφήνεια κάτω από το μικροσκόπιο. Επιπλέον, είναι μια εύκολη δομή χρώσης.

Ο πυρήνας δεν είναι μια ομοιογενής και στατική σφαιρική οντότητα με διεσπαρμένο DNA. Είναι μια σύνθετη και περίπλοκη δομή με διαφορετικά εξαρτήματα και εξαρτήματα μέσα. Επιπλέον, είναι δυναμική και αλλάζει συνεχώς καθ 'όλη τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου.

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά
• 2 Λειτουργίες
  • 2.1 Ρύθμιση γονιδίων
  • 2.2 Κοπή και συγκόλληση
• 3 Δομή και σύνθεση
  • 3.1 Πυρηνικός φάκελος
  • 3.2 Σύμπλεγμα πυρηνικών πόρων
  • 3.3 Χρωματίνη
  • 3.4 Nucleolus
  • 3.5 Σώμα του Cajal
  • 3.6 Φορείς PML
• 4 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Ο πυρήνας είναι η κύρια δομή που επιτρέπει τη διαφοροποίηση μεταξύ ευκαρυωτικών και προκαρυωτικών κυττάρων. Είναι ο μεγαλύτερος χώρος των κυττάρων. Γενικά, ο πυρήνας βρίσκεται κοντά στο κέντρο του κυττάρου, αλλά υπάρχουν εξαιρέσεις, όπως τα κύτταρα του πλάσματος και τα επιθηλιακά κύτταρα.

Είναι ένα σφαιροειδές οργανίδιο με διάμετρο περίπου 5 μm κατά μέσο όρο, αλλά μπορεί να φτάσει τα 12 μm, ανάλογα με τον τύπο του κυττάρου. Μπορώ να καταλάβω περίπου το 10% του συνολικού όγκου των κυττάρων.

Έχει ένα πυρηνικό περίβλημα που σχηματίζεται από δύο μεμβράνες που το διαχωρίζει από το κυτταρόπλασμα. Το γενετικό υλικό οργανώνεται μαζί με τις πρωτεΐνες μέσα.

Αν και δεν υπάρχουν άλλες μεμβρανώδη υποδιαμερίσματα εντός του πυρήνα, εάν μπορεί κανείς να διακρίνει ένα αριθμό συστατικών ή περιοχές εντός της δομής που έχουν ειδικές λειτουργίες.

Λειτουργίες

Ο πυρήνας αποδίδονται έκτακτη αριθμό των λειτουργιών, και το οποίο περιέχει το σώμα του όλες τις γενετικές πληροφορίες του κυττάρου (εξαιρουμένου του μιτοχονδριακού DNA και χλωροπλάστη DNA) και κατευθύνει διεργασίες κυτταρικής διαίρεσης. Συνοπτικά, οι κύριες λειτουργίες του πυρήνα είναι οι εξής:

Ρύθμιση γονιδίων

Η ύπαρξη ενός φραγμού λιπιδίων μεταξύ του γενετικού υλικού και των υπόλοιπων κυτοπλασμικών συστατικών συμβάλλει στη μείωση της παρεμβολής άλλων συστατικών στη λειτουργία του DNA. Αυτό αντιπροσωπεύει μια εξελικτική καινοτομία μεγάλης σημασίας για ομάδες ευκαρυωτών.

Κοπή και συγκόλληση

Η διαδικασία της συναρμολόγησης του αγγελιαφόρου RNA συμβαίνει στον πυρήνα, πριν το μόριο κινηθεί στο κυτταρόπλασμα.

Ο σκοπός αυτής της διαδικασίας είναι η απομάκρυνση των ιντρονίων ( «κομμάτια» του γενετικού υλικού τα οποία είναι μη-κωδικοποίησης και διακόπτουν εξόνια, κωδικοποιητικές περιοχές είναι αν) RNA. Στη συνέχεια το RNA εγκαταλείπει τον πυρήνα, όπου μεταφράζεται σε πρωτεΐνες.

Υπάρχουν και άλλες πιο συγκεκριμένες λειτουργίες κάθε βασικής δομής που θα συζητηθούν αργότερα.

Δομή και σύνθεση

Ο πυρήνας αποτελείται από τρία καθορισμένα μέρη: τον πυρηνικό φάκελο, τη χρωματίνη και τον πυρήνα. Στη συνέχεια θα περιγράψουμε λεπτομερώς κάθε δομή:

Πυρηνικός φάκελος

Ο πυρηνικός φάκελος αποτελείται από μεμβράνες λιπιδικής φύσης και διαχωρίζει τον πυρήνα από τα υπόλοιπα κυτταρικά συστατικά. Αυτή η μεμβράνη είναι διπλή και μεταξύ αυτών είναι ένας μικρός χώρος που ονομάζεται περιπυρηνικός χώρος.

Το εσωτερικό και εξωτερικό σύστημα μεμβράνης σχηματίζει μια συνεχή δομή με το ενδοπλασματικό δίκτυο

Αυτό το σύστημα μεμβράνης διακόπτεται από μια σειρά από πόρους. Αυτοί οι πυρηνικοί δίαυλοι επιτρέπουν την ανταλλαγή υλικού με το κυτταρόπλασμα επειδή ο πυρήνας δεν απομονώνεται πλήρως από τα υπόλοιπα συστατικά.

Συγκρότημα πυρηνικών πόρων

Μέσα από αυτούς τους πόρους, η ανταλλαγή ουσιών συμβαίνει με δύο τρόπους: παθητική, χωρίς την ανάγκη για ενεργειακή δαπάνη. ή ενεργό, με ενεργειακή δαπάνη. Το παθητικό μπορεί να εισέλθει και να βγει από μικρά μόρια όπως το νερό ή τα άλατα, λιγότερο από 9 nm ή 30-40 kDa.

Αυτό συμβαίνει σε αντίθεση με τα υψηλού μοριακού βάρους μόρια, τα οποία απαιτούν την ATP (ενέργεια-τριφωσφορική αδενοσίνη) να κινηθεί μέσω αυτών των διαμερισμάτων. Τα μεγάλα μόρια περιλαμβάνουν κομμάτια RNA (ριβονουκλεϊνικό οξύ) ή άλλα βιομόρια με πρωτεϊνική φύση.

Οι πόροι δεν είναι απλώς τρύπες μέσω των οποίων περνούν τα μόρια. Οι πρωτεΐνες σημαντικού μεγέθους είναι δομές, οι οποίες μπορούν να περιέχουν 100 ή 200 πρωτεΐνες και ονομάζονται σύμπλοκα πυρηνικών πόρων. Από δομική άποψη, σχεδόν μοιάζει με ένα καλάθι μπάσκετ. Αυτές οι πρωτεΐνες ονομάζονται νουκλεοπορίνες.

Αυτό το σύμπλεγμα έχει βρεθεί σε μεγάλο αριθμό οργανισμών: από ζύμες σε ανθρώπους. Εκτός από τη λειτουργία μεταφοράς κυττάρων, εμπλέκεται επίσης στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Είναι μια απαραίτητη δομή για τους ευκαρυώτες.

Όσον αφορά το μέγεθος και τον αριθμό, το σύμπλεγμα μπορεί να μεταφέρει ένα μέγεθος 125 MDa σε σπονδυλωτά και ένας πυρήνας σε αυτή την ομάδα ζώων μπορεί να κρατήσει περίπου 2000 πόρους. Αυτά τα χαρακτηριστικά ποικίλλουν ανάλογα με την ταξινομική ταξινόμηση.

Χρωματίνη

Η χρωματίνη βρίσκεται στον πυρήνα, αλλά δεν μπορούμε να την θεωρήσουμε ως διαμέρισμα του πυρήνα. Λαμβάνει αυτό το όνομα για την εξαιρετική ικανότητα να χρωματίζει και να παρατηρείται κάτω από το μικροσκόπιο.

Το DNA είναι ένα εξαιρετικά μακρύ γραμμικό μόριο στα ευκαρυωτικά. Η συμπύκνωσή του είναι μια βασική διαδικασία. Το γενετικό υλικό συνδέεται με μια σειρά πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες, οι οποίες έχουν υψηλή συγγένεια για το DNA. Υπάρχουν επίσης και άλλοι τύποι πρωτεϊνών που μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το DNA και δεν είναι ιστόνες.

Στις ιστόνες, τα πηνία DNA σχηματίζουν χρωμοσώματα. Αυτές είναι δυναμικές δομές και δεν απαντώνται συνεχώς στην τυπική μορφή τους (Xs και Ys που έχουμε συνηθίσει να παρατηρούμε στις εικονογραφήσεις των βιβλίων). Αυτή η διάταξη εμφανίζεται μόνο κατά τη διάρκεια των διαδικασιών διαίρεσης κυττάρων.

Στα υπόλοιπα στάδια (όταν το κύτταρο δεν βρίσκεται στη διαδικασία διαίρεσης), τα μεμονωμένα χρωμοσώματα δεν μπορούν να διακριθούν. Το γεγονός αυτό δεν υποδηλώνει ότι τα χρωμοσώματα διασκορπίζονται ομοιογενώς ή διαταραγμένα από τον πυρήνα.

Στη διασύνδεση, τα χρωμοσώματα οργανώνονται σε συγκεκριμένους τομείς. Σε κύτταρα θηλαστικών, κάθε χρωμόσωμα καταλαμβάνει ένα συγκεκριμένο "έδαφος".

Τύποι χρωματίνης

Δύο τύποι χρωματίνης μπορούν να διακριθούν: ετεροχρωματίνη και ευχροματίνη. Το πρώτο είναι πολύ συμπυκνωμένο και βρίσκεται στην περιφέρεια του πυρήνα, έτσι ώστε η μηχανή μεταγραφής δεν έχει πρόσβαση σε αυτά τα γονίδια. Η ευκροματίνη οργανώνεται πιο χαλαρά.

Η ετεροχρωματίνη χωρίζεται σε δύο τύπους: τη συστατική ετεροχρωματίνη, η οποία δεν εκφράζεται ποτέ. και προαιρετική ετεροχρωματίνη, η οποία δεν μεταγράφεται σε ορισμένα κύτταρα και σε άλλες.

Το πιο γνωστό της ετεροχρωματίνης και ρυθμιστής της γονιδιακής έκφρασης είναι το παράδειγμα συμπύκνωση και το Χ-χρωμόσωμα αδρανοποίηση σε θηλαστικά, τα θηλυκά έχουν φυλετικά χρωμοσώματα XX, ενώ τα αρσενικά είναι XY.

Για λόγους δοσολογίας γονιδίων, τα θηλυκά δεν μπορούν να έχουν διπλάσια γονίδια στο Χ από τα αρσενικά. Για να αποφευχθεί αυτή η σύγκρουση, ένα χρωμόσωμα Χ αδρανοποιείται (γίνεται ετεροχρωματίνη) τυχαία σε κάθε κύτταρο.

Nucleolus

Ο πυρήνας είναι μια πολύ σχετική εσωτερική δομή πυρήνα. Δεν είναι ένα διαμέρισμα που οριοθετείται από μεμβρανώδεις δομές, είναι μια σκοτεινότερη περιοχή του πυρήνα με συγκεκριμένες λειτουργίες.

Στην περιοχή αυτή τα γονίδια που κωδικοποιούν για ριβοσωμικό RNA, μεταγράφηκε από την RNA πολυμεράση Ι Στο ανθρώπινο DNA, αυτά τα γονίδια βρίσκονται σε δορυφόρους ομαδοποιούνται τα ακόλουθα χρωμοσώματα: 13, 14, 15, 21 και 22. Αυτά είναι τους πυρηνικούς διοργανωτές.

Με τη σειρά του, ο πυρήνας χωρίζεται σε τρεις διακριτές περιοχές: ινώδη κέντρα, ινώδη συστατικά και κοκκώδη συστατικά.

Πρόσφατες μελέτες έχουν συσσωρεύσει όλο και περισσότερες ενδείξεις πιθανών επιπρόσθετων λειτουργιών του πυρήνα, που περιορίζονται όχι μόνο στη σύνθεση και συναρμολόγηση του ριβοσωμικού RNA.

Σήμερα πιστεύεται ότι ο πυρήνας μπορεί να εμπλέκεται στη συναρμολόγηση και σύνθεση διαφορετικών πρωτεϊνών. Μεταγραφικές τροποποιήσεις έχουν επίσης αποδειχθεί σε αυτήν την πυρηνική ζώνη.

Ο πυρήνας εμπλέκεται επίσης σε κανονιστικές λειτουργίες. Μία μελέτη έδειξε πώς σχετίζεται με τις πρωτεΐνες καταστολής όγκων.

Σώμα του Cajal

Τα σώματα του Cajal (που ονομάζονται επίσης σπειροειδή σώματα) ονομάζονται προς τιμήν του ανακαλύπτω του, του Santiago Ramón y Cajal. Αυτός ο ερευνητής παρατήρησε αυτά τα σωμάτια σε νευρώνες το έτος 1903.

Είναι μικρές δομές σε σφαιρικά σχήματα και υπάρχουν 1 έως 5 αντίγραφα ανά πυρήνα. Αυτά τα σώματα είναι πολύ σύνθετα με αρκετά μεγάλο αριθμό συνιστωσών, μεταξύ αυτών των παραγόντων μεταγραφής και μηχανημάτων που σχετίζονται με το μάτισμα.

Αυτές οι σφαιρικές δομές έχουν βρεθεί σε διαφορετικά μέρη του πυρήνα, αφού είναι κινητές δομές. Βρίσκονται συνήθως στο νουκλεόπλασμα, αν και έχουν βρεθεί καρκινικά κύτταρα στον πυρήνα.

Υπάρχουν δύο τύποι σωμάτων κουτιών στον πυρήνα, ταξινομημένα ανάλογα με το μέγεθός τους: μεγάλα και μικρά.

Φορείς PML

Οι φορείς PML (για το ακρωνύμιό της στην αγγλική γλώσσα, προμυελοκυτταρική λευχαιμία) είναι μικρές υποπυρηνικές σφαιρικές ζώνες με κλινική σημασία, καθώς σχετίζονται με ιογενείς λοιμώξεις και ογκογένεση.

Στη βιβλιογραφία είναι γνωστά με μια ποικιλία ονομάτων, όπως η πυρηνική περιοχή 10, τα σώματα Kremer και ογκογονικές περιοχές PML.

Ένας πυρήνας διαθέτει 10 έως 30 από αυτούς τους τομείς και έχει διάμετρο 0,2 έως 1,0 μm. Οι λειτουργίες του περιλαμβάνουν γονιδιακή ρύθμιση και σύνθεση RNA.

Αναφορές

1. Adam, S. Α. (2001). Το σύμπλεγμα πυρηνικών πόρων. Βιολογία γονιδιώματος, 2(9), κριτικές0007.1-κριτικές0007.6.
2. Audesirk, Τ., Audesirk, G., & Byers, Β. Ε (2003). Βιολογία: η ζωή στη γη. Εκπαίδευση Pearson.
3. Boisvert, F.M., Hendzel, Μ. J. & Bazett-Jones, D.P. (2000). Τα πυρηνικά σωματίδια προμυελοκυτταρικής λευχαιμίας (PML) είναι πρωτεϊνικές δομές που δεν συσσωρεύουν RNA. Το περιοδικό της κυτταρικής βιολογίας, 148(2), 283-292.
4. Busch, Η. (2012). Ο πυρήνας των κυττάρων. Elsevier.
5. Cooper, G. Μ., & Hausman, R. Ε. (2000). Το κελί: μια μοριακή προσέγγιση. Sunderland, MA: συνεργάτες της Sinauer.
6. Curtis, Η., & Schnek, Α. (2008). Curtis. Βιολογία. Ed. Panamericana Medical.
7. Dundr, Μ., & Misteli, Τ. (2001). Λειτουργική αρχιτεκτονική στον πυρήνα των κυττάρων. Biochemical Journal, 356(2), 297-310.
8. Eynard, Α.Ρ., Valentich, Μ.Α., & Rovasio, R.A. (2008). Ιστολογία και εμβρυολογία του ανθρώπινου όντος: κυτταρικές και μοριακές βάσεις. Ed. Panamericana Medical.
9. Hetzer, Μ. W. (2010). Ο πυρηνικός φάκελος. Cold Spring Harbor προοπτικές στη βιολογία, 2(3), a000539.
10. Kabachinski, G., & Schwartz, Τ. U. (2015). Η σύνθετη δομή των πυρηνικών πόρων και η λειτουργία τους με μια ματιά. Εφημερίδα της Cell Science, 128(3), 423-429.
11. Montaner, Α. Τ. (2002). Το αξεσουάρ του Cajal. Rev Esp Patol, 35, (4), 529-532.
12. Newport, J. W. & Forbes, D. J. (1987). Ο πυρήνας: δομή, λειτουργία και δυναμική. Ετήσια επισκόπηση της βιοχημείας, 56(1), 535-565.