NUCLEUL CELULAR: CARACTERISTICI, FUNCȚII, STRUCTURĂ - BIOLOGIE - 2025

Nucleul celulei este un compartiment fundamental al celulelor eucariote. Este cea mai vizibilă structură a acestui tip de celule și are materialul genetic. Acesta direcționează toate procesele celulare: conține toate instrucțiunile codificate în ADN pentru a efectua reacțiile necesare. Este implicat în procesele de diviziune celulară.

Toate celulele eucariote au un nucleu, cu excepția câtorva exemple specifice, cum ar fi celulele roșii mature din sânge (eritrocite) la mamifere și celule floem din plante. În mod similar, există celule cu mai mult de un nucleu, cum ar fi unele celule musculare, hepatocite și neuroni.

Nucleul a fost descoperit în 1802 de Franz Bauer; Cu toate acestea, în 1830, omul de știință Robert Brown a observat și această structură și a devenit popular ca principal descoperitor. Datorită dimensiunilor mari, poate fi observat clar la microscop. În plus, este o structură ușoară de colorare.

Nucleul nu este o entitate sferică omogenă și statică cu ADN dispersat. Este o structură complexă și complexă, cu diferite componente și piese în interior. În plus, este dinamic și se schimbă constant pe tot parcursul ciclului celular.

caracteristici

Nucleul este structura principală care permite diferențierea dintre celulele eucariote și procariote. Este cel mai mare compartiment celular. În general, nucleul este aproape de centrul celulei, dar există excepții, cum ar fi celulele plasmatice și celulele epiteliale.

Este o organelă în formă de sferă în diametru de aproximativ 5 um în medie, dar poate atinge 12 um, în funcție de tipul de celulă. Pot ocupa aproximativ 10% din volumul total de celule.

Are un plic nuclear format din două membrane care îl separă de citoplasmă. Materialul genetic este organizat împreună cu proteinele din interiorul său.

În ciuda faptului că nu există alte subcompartimente membranoase în cadrul nucleului, se pot distinge o serie de componente sau regiuni din structura care au funcții specifice.

Caracteristici

Nucleului i se atribuie un număr extraordinar de funcții, deoarece conține colectarea tuturor informațiilor genetice ale celulei (exclusiv ADN-ul mitocondrial și ADN-ul cloroplastului) și direcționează procesele de diviziune celulară. Pe scurt, principalele funcții ale nucleului sunt următoarele:

Reglarea genelor

Existența unei bariere lipidice între materialul genetic și restul componentelor citoplasmatice ajută la reducerea interferenței altor componente în funcționarea ADN-ului. Aceasta reprezintă o inovație evolutivă de mare importanță pentru grupurile de eucariote.

Tăiere și despicare

Procesul de splicing al ARN-ului mesager are loc în nucleu, înainte ca molecula să călătorească în citoplasmă.

Obiectivul acestui proces este eliminarea intronilor („bucăți” de material genetic care nu codifică și care întrerup exonii, zone care codifică) din ARN. Mai târziu, ARN părăsește nucleul, unde este transpus în proteine.

Există alte funcții mai specifice ale fiecărei structuri de nucleu despre care vom discuta mai târziu.

Structura și compoziția

Nucleul este format din trei părți definite: învelișul nuclear, cromatina și nucleolul. Vom descrie fiecare structură în detaliu mai jos:

Plic nuclear

Plicul nuclear este compus din membrane de natură lipidică și separă nucleul de restul componentelor celulare. Această membrană este dublă și între acestea există un spațiu mic numit spațiu perinuclear.

Sistemul membranelor interioare și exterioare formează o structură continuă cu reticulul endoplasmic

Acest sistem de membrană este întrerupt de o serie de pori. Aceste canale nucleare permit schimbul de material cu citoplasma, deoarece nucleul nu este complet izolat de restul componentelor.

Complexul porilor nucleari

Prin acești pori schimbul de substanțe are loc în două moduri: pasiv, fără a fi nevoie de cheltuieli de energie; sau activ, cu cheltuieli de energie. În mod pasiv, molecule mici, cum ar fi apa sau sărurile, mai mici de 9 nm sau 30-40 kDa, pot intra și pleca.

Acest lucru se întâmplă în contrast cu moleculele cu greutate moleculară mare, care necesită ATP (energie-adenozina trifosfat) să se deplaseze prin aceste compartimente. Moleculele mari includ bucăți de ARN (acid ribonucleic) sau alte biomolecule de natură proteică.

Porii nu sunt pur și simplu găuri prin care trec moleculele. Sunt structuri proteice mari, care pot conține 100 sau 200 proteine ​​și se numesc „complex de pori nucleari”. Din punct de vedere structural, seamănă foarte mult cu un cerc de baschet. Aceste proteine ​​se numesc nucleoporine.

Acest complex a fost găsit într-un număr mare de organisme: de la drojdii la oameni. Pe lângă funcția de transport celular, este implicată și în reglarea expresiei genice. Ele sunt o structură indispensabilă pentru eucariote.

În ceea ce privește dimensiunea și numărul, complexul poate atinge o dimensiune de 125 MDa la vertebrate, iar un nucleu din acest grup animal poate avea aproximativ 2000 de pori. Aceste caracteristici variază în funcție de taxonul studiat.

cromatinei

Cromatina se găsește în nucleu, dar nu o putem considera ca un compartiment al acesteia. Este numit pentru capacitatea sa excelentă de a colora și de a fi observat la microscop.

ADN-ul este o moleculă liniară extrem de lungă în eucariote. Compactarea sa este un proces cheie. Materialul genetic este asociat cu o serie de proteine ​​numite histone, care au o afinitate ridicată pentru ADN. Există și alte tipuri de proteine ​​care pot interacționa cu ADN-ul și nu sunt histone.

În histone, ADN-ul se rostogolește și formează cromozomi. Acestea sunt structuri dinamice și nu sunt în mod constant în forma lor tipică (X-urile și Y-urile cu care suntem obișnuiți să vedem în ilustrațiile de carte). Acest aranjament apare numai în timpul proceselor de diviziune celulară.

În restul etapelor (când celula nu este în proces de divizare), cromozomii individuali nu pot fi distinși. Acest fapt nu sugerează că cromozomii sunt dispersați omogen sau dezordonat în întregul nucleu.

La interfață, cromozomii sunt organizați în domenii specifice. În celulele de mamifere, fiecare cromozom ocupă un „teritoriu” specific.

Tipuri de cromatină

Se pot distinge două tipuri de cromatină: heterocromatină și euchromatină. Primul este puternic condensat și este situat la periferia nucleului, astfel încât mașina de transcriere nu are acces la aceste gene. Eucromatina este organizată mai vag.

Heterochromatina este împărțită în două tipuri: heterocromatină constitutivă, care nu este exprimată niciodată; și heterocromatină facultativă, care nu este transcrisă în unele celule și este în altele.

Cel mai cunoscut exemplu de heterocromatină ca regulator al expresiei genice este condensarea și inactivarea cromozomului X. La mamifere, femelele au cromozomi sexuali XX, în timp ce bărbații sunt XY.

Din motive de dozare a genelor, femelele nu pot avea de două ori mai multe gene la bărbați decât la bărbați. Pentru a evita acest conflict, un cromozom X este inactivat aleatoriu (devenind heterocromatină) în fiecare celulă.

nucleoli

Nucleul este o structură internă foarte relevantă a nucleului. Nu este un compartiment delimitat de structuri membranoase, ci este o zonă mai întunecată a nucleului cu funcții specifice.

Genele care codifică ARN ribozomal, transcrise de ARN polimeraza I, sunt grupate în această zonă.În ADN-ul uman, aceste gene se găsesc în sateliții următoarelor cromozomi: 13, 14, 15, 21 și 22. Acestea sunt organizatori nucleolari.

La rândul său, nucleolul este separat în trei regiuni discrete: centre fibrilare, componente fibrilare și componente granulare.

Studii recente au acumulat din ce în ce mai multe dovezi despre posibile funcții suplimentare ale nucleolului, nu numai limitate la sinteza și asamblarea ARN ribozomal.

În prezent se crede că nucleolul poate fi implicat în asamblarea și sinteza diferitelor proteine. În această zonă nucleară au fost evidențiate modificări post-transcripționale.

Nucleul este, de asemenea, implicat în funcții de reglare. Un studiu a arătat cum a fost legat de proteinele supresoare tumorale.

Trupurile lui Cajal

Corpurile Cajal (numite și corpuri înfășurate) poartă acest nume în onoarea descoperitorului lor, Santiago Ramón y Cajal. Acest cercetător a observat aceste corpuscule în neuroni în 1903.

Sunt structuri mici sub formă de sfere și există de la 1 la 5 copii pe nucleu. Aceste corpuri sunt foarte complexe, cu un număr destul de mare de componente, inclusiv acești factori de transcripție și utilaje legate de împletire.

Aceste structuri sferice au fost găsite în diferite părți ale nucleului, deoarece sunt structuri mobile. În general se găsesc în nucleoplasmă, deși în celulele canceroase s-au găsit în nucleol.

În miez există două tipuri de corpuri Box, clasificate în funcție de mărimea lor: mari și mici.

Corpuri PML

Corpurile PML (leucemie promielocitică) sunt mici zone subnucleare sferice de importanță clinică, deoarece au fost asociate cu infecții virale și oncogeneză.

Sunt cunoscuți printr-o varietate de nume din literatură, cum ar fi domeniul nuclear 10, corpurile Kremer și domeniile oncogene PML.

Un nucleu are 10 până la 30 din aceste domenii și are un diametru de 0,2 până la 1,0 um. Printre funcțiile sale, se remarcă reglarea genelor și sinteza ARN.

Referințe

1. Adam, SA (2001). Complexul nuclear al porilor. Biologie genomatică, 2 (9), recenzii0007.1-recenzii0007.6.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologie: viața pe pământ. Educația Pearson.
3. Boisvert, FM, Hendzel, MJ și Bazett-Jones, DP (2000). Corpurile nucleare de leucemie promielocitică (PML) sunt structuri proteice care nu acumulează ARN. The Journal of Cell Biology, 148 (2), 283-292.
4. Busch, H. (2012). Nucleul celular. Elsevier.
5. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Celula: o abordare moleculară. Sunderland, MA: asociații Sinauer.
6. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biologie. Editura Medicală Panamericană.
7. Dundr, M., & Misteli, T. (2001). Arhitectură funcțională în nucleul celular. Jurnalul biochimic, 356 (2), 297-310.
8. Eynard, AR, Valentich, MA, & Rovasio, RA (2008). Histologia și embriologia ființei umane: baze celulare și moleculare. Editura Medicală Panamericană.
9. Hetzer, MW (2010). Plicul nuclear. Cold Spring Harbor perspective în biologie, 2 (3), a000539.
10. Kabachinski, G., & Schwartz, TU (2015). Complexul porilor nucleari - structură și funcție dintr-o privire. Journal of Cell Science, 128 (3), 423-429.
11. Montaner, AT (2002). Corpul accesoriu al lui Cajal. Rev esp patol, 35, (4), 529-532.
12. Newport, JW, & Forbes, DJ (1987). Nucleul: structură, funcție și dinamică. Revizuirea anuală a biochimiei, 56 (1), 535-565.