NUCLEOPLASMĂ: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ ȘI FUNCȚII - ANATOMIE ȘI FIZIOLOGIE - 2025

Nucleoplasmei este substanța în care ADN - ul și alte structuri nucleare, cum ar fi nucleoli, sunt încorporate. Este separat de citoplasma celulară prin membrana nucleului, dar poate schimba materiale cu aceasta prin porii nucleari.

Componentele sale sunt în principal apă și o serie de zaharuri, ioni, aminoacizi și proteine ​​și enzime implicate în reglarea genelor, printre acestea mai mult de 300 de proteine, altele decât histonele. De fapt, compoziția sa este similară cu cea a citoplasmei celulare.

În interiorul acestui fluid nuclear se află și nucleotide, care sunt „blocurile de construcție” utilizate pentru construcția ADN-ului și ARN-ului, cu ajutorul enzimelor și cofactorilor. În unele celule mari, cum ar fi acetabularia, nucleoplasma este clar vizibilă.

Se considera că anterior nucleoplasma constă dintr-o masă amorfă închisă în nucleu, excluzând cromatina și nucleolul. Cu toate acestea, în interiorul nucleoplasmei există o rețea de proteine ​​responsabilă de organizarea cromatinei și a altor componente ale nucleului, numită matrice nucleară.

Noile tehnici au reușit să vizualizeze mai bine această componentă și să identifice noi structuri, cum ar fi foile intranucleare, filamentele de proteine ​​care apar din porii nucleari și mașinile de prelucrare ARN.

Caracteristici generale

Nucleoplasma, numită și „suc nuclear” sau karyoplasmă, este un coloid protoplasmic cu proprietăți similare citoplasmei, relativ dens și bogat în diferite biomolecule, în principal proteine.

În această substanță se găsesc cromatină și unul sau doi corpusculi numiți nucleoli. Există, de asemenea, alte structuri imense în acest fluid, cum ar fi corpurile Cajal, corpurile PML, corpurile spiralate sau pete nucleare, printre altele.

Structurile necesare procesării preRNA mesager și a factorilor de transcripție sunt concentrate în corpurile Cajal.

Petele nucleare par a fi similare cu corpurile Cajal, sunt foarte dinamice și se îndreaptă către regiuni în care transcrierea este activă.

Corpurile PML par a fi markeri pentru celulele canceroase, deoarece își cresc incredibil numărul în interiorul nucleului.

Există, de asemenea, o serie de corpuri nucleare sferice care variază între 0,5 și 2 um diametru, alcătuite din globule sau fibrilele care, deși au fost raportate în celule sănătoase, frecvența lor este mult mai mare în structurile patologice.

Cele mai relevante structuri nucleare care sunt încorporate în nucleoplasmă sunt descrise mai jos:

nucleoli

Nucleolul este o structură sferică deosebită situată în interiorul nucleului de celule și nu este delimitată de niciun tip de biomembrană care le separă de restul nucleoplasmei.

Este alcătuit din regiuni numite NOR (regiuni cromozomiale organizatoare nucleare) unde sunt localizate secvențele care codifică ribozomii. Aceste gene se găsesc în regiuni specifice ale cromozomilor.

În cazul specific uman, acestea sunt organizate în regiunile satelite ale cromozomilor 13, 14, 15, 21 și 22.

O serie de procese esențiale apar în nucleol, precum transcrierea, prelucrarea și asamblarea subunităților care alcătuiesc ribozomii.

Pe de altă parte, lăsând la o parte funcția tradițională, studii recente au descoperit că nucleolul este legat de proteinele supresoare de celule canceroase, regulatoarele ciclului celular și proteine ​​din particule virale.

Teritorii subnucleare

Molecula de ADN nu este dispersată la întâmplare în nucleoplasmul celular, este organizată într-un mod foarte specific și compact, cu un set de proteine ​​extrem de conservate de-a lungul evoluției numite histone.

Procesul de organizare a ADN-ului permite introducerea a aproape patru metri de material genetic într-o structură microscopică.

Această asociere de material genetic și proteine ​​se numește cromatină. Aceasta este organizată în regiuni sau domenii definite în nucleoplasmă și se pot distinge două tipuri: euchromatină și heterochromatină.

Eucromatina este mai puțin compactă și cuprinde genele a căror transcriere este activă, deoarece factorii de transcripție și alte proteine ​​au acces la ea, în contrast cu heterocromatina, care este extrem de compactă.

Regiunile heterocromatinei se găsesc în periferie și euchromatină mai mult spre centrul nucleului și, de asemenea, aproape de porii nucleari.

În mod similar, cromozomii sunt distribuiți în zone specifice din nucleul numit teritorii cromozomiale. Cu alte cuvinte, cromatina nu plutește la întâmplare în nucleoplasmă.

Matricea nucleară

Organizarea diferitelor compartimente nucleare pare a fi dictată de matricea nucleară.

Este o structură internă a nucleului compusă dintr-o foaie cuplată la complexele de pori nucleari, rămășițe nucleare și un set de structuri fibroase și granulare, care sunt distribuite în întregul nucleu, ocupând un volum semnificativ al acestuia.

Studiile care au încercat să caracterizeze matricea au ajuns la concluzia că este prea diversă definirea machiajului său biochimic și funcțional.

Lamina este un fel de strat compus din proteine ​​care variază între 10 și 20 nm și este juxtapus la fața interioară a membranei miezului. Constituția proteinelor variază în funcție de grupul taxonomic studiat.

Proteinele care compun lamina sunt similare cu filamentele intermediare și, pe lângă semnalizarea nucleară, posedă regiuni globulare și cilindrice.

În ceea ce privește matricea nucleară internă, ea conține un număr mare de proteine ​​cu un situs de legare pentru ARN mesager și alte tipuri de ARN. În această matrice internă are loc replicarea ADN, transcripția non-nucleară și procesarea preRNA a mesagerului post-transcripțional.

Nucleoskeleton

În interiorul nucleului există o structură comparabilă cu citoscheletul în celulele numite nucleoschelet, alcătuit din proteine ​​precum actină, αII-spectrină, miozină și proteina gigantă numită titină. Cu toate acestea, existența acestei structuri este încă dezbătută de cercetători.

Structura

Nucleoplasma este o substanță gelatinoasă în care se pot distinge diferite structuri nucleare, menționate mai sus.

Una dintre componentele principale ale nucleoplasmei sunt ribonucleoproteinele, formate din proteine ​​și ARN compuse dintr-o regiune bogată în aminoacizi aromatici cu afinitate pentru ARN.

Ribonucleoproteinele găsite în nucleu sunt denumite în mod specific mici ribonucleoproteine ​​nucleare.

Compoziția biochimică

Compoziția chimică a nucleoplasmei este complexă, incluzând biomolecule complexe precum proteine ​​nucleare și enzime, precum și compuși anorganici, cum ar fi săruri și minerale precum potasiu, sodiu, calciu, magneziu și fosfor.

Unii dintre acești ioni sunt cofactori indispensabili ai enzimelor care reproduc ADN-ul. De asemenea, conține ATP (adenozin trifosfat) și acetil coenzima A.

O serie de enzime necesare pentru sinteza acizilor nucleici, cum ar fi ADN și ARN, sunt încorporate în nucleoplasmă. Printre cele mai importante sunt ADN polimeraza, ARN polimeraza, NAD sintaza, piruvat kinaza, printre altele.

Una dintre cele mai abundente proteine ​​din nucleoplasmă este nucleoplastimul, care este o proteină acidă și pentamerică care are domenii inegale în cap și coadă. Caracteristica sa acidă reușește să protejeze sarcinile pozitive prezente în histone și reușește să se asocieze cu nucleozomul.

Nucleozomii sunt acele structuri asemănătoare cu mărgele de pe un colier, format prin interacțiunea ADN-ului cu histonele. Au fost detectate molecule mici de lipide plutind în această matrice semi-apoasă.

Caracteristici

Nucleoplasma este matricea în care au loc o serie de reacții esențiale pentru buna funcționare a nucleului și a celulei în general. Este locul unde are loc sinteza ADN-ului, ARN-ului și subunităților ribozomale.

Funcționează ca un fel de „saltea” care protejează structurile cufundate în ea, pe lângă asigurarea unui mijloc de transport a materialelor.

Servește ca intermediar de suspensie pentru structurile subnucleare și ajută, de asemenea, la menținerea formei nucleului stabil, oferindu-i rigiditate și rezistență.

Existența mai multor căi metabolice în nucleoplasmă, ca și în citoplasma celulară, a fost demonstrată. În aceste căi biochimice se află glicoliza și ciclul acidului citric.

De asemenea, a fost semnalată calea pentos fosfatului, care contribuie la pentoze la nucleu. În același mod, nucleul este o zonă de sinteză pentru NAD ⁺ , care funcționează ca coenzime ale dehidrogenazelor.

Procesare preRNA de mesagerie

Procesarea pre-mARN are loc în nucleoplasmă și necesită prezența micilor ribonucleoproteine ​​nucleare, prescurtate ca snRNP.

Într-adevăr, una dintre cele mai importante activități active care are loc în nucleoplasma eucariotă este sinteza, procesarea, transportul și exportul ARN-urilor cu mesagerie matură.

Ribonucleoproteinele se grupează pentru a forma complexul spliceozom sau splicing, care este un centru catalitic responsabil de îndepărtarea intronilor din ARN-ul mesager. O serie de molecule de ARN bogate în uracil sunt responsabile de recunoașterea intronilor.

Spliciosomul este compus din aproximativ cinci ARN-uri nucleare mici numite snRNA U1, U2, U4 / U6 și U5, pe lângă participarea altor proteine.

Să ne amintim că, în eucariote, genele sunt întrerupte în molecula de ADN de regiuni care nu codifică numite introni care trebuie eliminate.

Reacția de splicing integrează două etape consecutive: atacul nucleofil din zona tăiată 5 ′ prin interacțiunea cu un reziduu de adenozină adiacent zonei 3 ′ a intronului (pas care eliberează exonul), urmat de unirea exonilor.

Referințe

1. Brachet, J. (2012). Citologie moleculară V2: Interacțiuni celulare. Elsevier.
2. Guo, T., & Fang, Y. (2014). Organizarea funcțională și dinamica nucleului celular. Frontiere in Plant Science, 5, 378.
3. Jiménez García, LF (2003). Biologie celulară și moleculară. Pearson Education din Mexic.
4. Lammerding, J. (2011). Mecanica nucleului. Fiziologie cuprinzătoare, 1 (2), 783–807.
5. Pederson, T. (2000). O jumătate de secol de „Matricea nucleară”. Biologia moleculară a celulei, 11 (3), 799–805.
6. Pederson, T. (2011). Nucleul introdus. Perspectivele de primăvară rece în biologie, 3 (5), a000521.
7. Welsch, U. și Sobotta, J. (2008). Histologie. Editura Medicală Panamericană.