Structura și funcțiile celulei au suferit o serie de modificări în cursul evoluției. Apariția de noi organele a fost precedată de transformări în atmosfera și litosfera tinerei planete. Una dintre achizițiile semnificative a fost nucleul celular. Organismele eucariote au primit, datorită prezenței unor organite separate, avantaje semnificative față de procariote și au început rapid să domine.
Nucleul celular, a cărui structură și funcții sunt oarecum diferite în diferite țesuturi și organe, a îmbunătățit calitatea biosintezei ARN și a transmisiei informațiilor ereditare.
Origine
Până în prezent, există două ipoteze principale despre formarea unei celule eucariote. Conform teoriei simbiotice, organitele (cum ar fi flagelele sau mitocondriile) au fost cândva organisme procariote separate. Strămoșii eucariotelor moderne le-au devorat. Rezultatul a fost un organism simbiotic.
Miezul a fost format ca urmare a proeminenței spre interiorsecțiunea membranei citoplasmatice. Aceasta a fost o achiziție necesară în drumul spre stăpânirea unui nou mod de nutriție, fagocitoza, de către celulă. Captarea alimentelor a fost însoțită de o creștere a gradului de mobilitate citoplasmatică. Genoforii, care erau materialul genetic al unei celule procariote și atașați de pereți, au căzut într-o zonă de „flux” puternic și au avut nevoie de protecție. Ca rezultat, s-a format o invaginare profundă a unei secțiuni a membranei care conține genofori atașați. Această ipoteză este susținută de faptul că învelișul nucleului este legat în mod indisolubil de membrana citoplasmatică a celulei.
Există o altă versiune a dezvoltării evenimentelor. Conform ipotezei virale despre originea nucleului, acesta s-a format ca urmare a infecției unei celule arheene antice. Un virus ADN s-a infiltrat în ea și a câștigat treptat controlul complet asupra proceselor vieții. Oamenii de știință care consideră această teorie mai corectă, oferă o mulțime de argumente în favoarea ei. Cu toate acestea, până în prezent, nu există dovezi concludente pentru niciuna dintre ipotezele existente.
Unul sau mai multe
Majoritatea celulelor eucariotelor moderne au un nucleu. Marea majoritate a acestora conțin doar un astfel de organel. Există, totuși, celule care și-au pierdut nucleul din cauza unor caracteristici funcționale. Acestea includ, de exemplu, eritrocitele. Există și celule cu doi (ciliați) și chiar mai mulți nuclei.
Structura nucleului celular
Indiferent de caracteristicile organismului, structura nucleului este caracterizată printr-un set deorganele. Este separat de spațiul interior al celulei printr-o membrană dublă. În unele locuri, straturile sale interior și exterior se îmbină, formând pori. Funcția lor este de a schimba substanțe între citoplasmă și nucleu.
Spațiul organelelor este umplut cu carioplasmă, numită și seva nucleară sau nucleoplasmă. Conține cromatina și nucleol. Uneori, ultimul dintre organele numite ale nucleului celular nu este prezent într-o singură copie. În unele organisme, nucleolii, dimpotrivă, sunt absenți.
Membrană
Membrana nucleară este formată din lipide și este formată din două straturi: exterior și interior. De fapt, aceasta este aceeași membrană celulară. Nucleul comunică cu canalele reticulului endoplasmatic prin spațiul perinuclear, o cavitate formată din două straturi ale membranei.
Membranele exterioare și interioare au propriile lor caracteristici structurale, dar sunt în general destul de asemănătoare.
Cel mai apropiat de citoplasmă
Stratul exterior trece în membrana reticulului endoplasmatic. Principala sa diferență față de acesta din urmă este o concentrație semnificativ mai mare de proteine în structură. Membrana aflată în contact direct cu citoplasma celulei este acoperită cu un strat de ribozomi din exterior. Este conectat la membrana interioară prin numeroși pori, care sunt complexe proteice destul de mari.
Strat interior
Membrana orientată spre nucleul celular, spre deosebire de cea exterioară, este netedă, nu este acoperită cu ribozomi. Limitează carioplasma. O trăsătură caracteristică a membranei interioare este un strat de lamină nucleară care o căptușește din lateral,în contact cu nucleoplasma. Această structură specifică a proteinei menține forma învelișului, este implicată în reglarea expresiei genelor și, de asemenea, promovează atașarea cromatinei la membrana nucleară.
Metabolism
Interacțiunea nucleului și citoplasmei se realizează prin porii nucleari. Sunt structuri destul de complexe formate din 30 de proteine. Numărul de pori de pe un miez poate fi diferit. Depinde de tipul de celulă, organ și organism. Deci, la om, nucleul celular poate avea de la 3 la 5 mii de pori, la unele broaște ajunge la 50.000.
Funcția principală a porilor este schimbul de substanțe între nucleu și restul spațiului celular. Unele molecule trec prin pori pasiv, fără cheltuială suplimentară de energie. Au dimensiuni mici. Transportul moleculelor mari și al complexelor supramoleculare necesită consumul unei anumite cantități de energie.
Moleculele de ARN sintetizate în nucleu intră în celulă din carioplasmă. Proteinele necesare proceselor intranucleare sunt transportate în sens opus.
Nucleoplasmă
Sucul nuclear este o soluție coloidală de proteine. Este delimitată de învelișul nuclear și înconjoară cromatina și nucleolul. Nucleoplasma este un lichid vâscos în care sunt dizolvate diferite substanțe. Acestea includ nucleotide și enzime. Primele sunt esențiale pentru sinteza ADN-ului. Enzimele sunt implicate în transcripție, precum și în repararea și replicarea ADN-ului.
Structura sucului nuclear se modifică în funcție de starea celulei. Sunt două dintre ele - staționare șicare apar în timpul diviziunii. Prima este caracteristică interfazei (timpul dintre diviziuni). În același timp, sucul nuclear se distinge printr-o distribuție uniformă a acizilor nucleici și a moleculelor de ADN nestructurate. În această perioadă, materialul ereditar există sub formă de cromatina. Diviziunea nucleului celular este însoțită de transformarea cromatinei în cromozomi. În acest moment, structura carioplasmei se modifică: materialul genetic capătă o anumită structură, învelișul nuclear este distrus, iar carioplasma este amestecată cu citoplasma.
cromozomi
Principalele funcții ale structurilor nucleoproteice ale cromatinei transformate în momentul divizării sunt stocarea, implementarea și transmiterea informațiilor ereditare conținute în nucleul celular. Cromozomii se caracterizează printr-o anumită formă: sunt împărțiți în părți sau brațe printr-o constricție primară, numită și celomer. După localizarea sa, se disting trei tipuri de cromozomi:
- în formă de tijă sau acrocentrice: se caracterizează prin plasarea celomerului aproape la capăt, un braț este foarte mic;
- diversificate sau submetacentrice au brațe de lungime inegală;
- echilateral sau metacentric.
Setul de cromozomi dintr-o celulă se numește cariotip. Fiecare tip este fix. În acest caz, celule diferite ale aceluiași organism pot conține un set diploid (dublu) sau haploid (unic). Prima opțiune este tipică pentru celulele somatice, care alcătuiesc în principal corpul. Setul haploid este un privilegiu al celulelor germinale. celulele somatice umaneconține 46 de cromozomi, sex - 23.
Cromozomii setului diploid formează perechi. Structurile nucleoproteice identice incluse într-o pereche se numesc alele. Au aceeași structură și îndeplinesc aceleași funcții.
Unitatea structurală a cromozomilor este gena. Este o secțiune a moleculei de ADN care codifică o anumită proteină.
Nucleol
Nucleul celulei mai are un organel - nucleolul. Nu este separat de carioplasmă printr-o membrană, dar este ușor de observat când se examinează celula cu un microscop. Unele nuclee pot avea nucleoli multipli. Există și acelea în care astfel de organele sunt complet absente.
Forma nucleolului seamănă cu o sferă, are o dimensiune destul de mică. Conține diverse proteine. Funcția principală a nucleolului este sinteza ARN-ului ribozomal și a ribozomilor înșiși. Sunt necesare pentru crearea lanțurilor polipeptidice. Nucleolii se formează în jurul unor regiuni speciale ale genomului. Se numesc organizatori nucleolari. Conține genele ARN ribozomal. Nucleolul, printre altele, este locul cu cea mai mare concentrație de proteine din celulă. O parte din proteine este necesară pentru a îndeplini funcțiile organoidului.
Nucleolul este format din două componente: granular și fibrilar. Prima este subunitățile ribozomilor în curs de maturizare. În centrul fibrilar se realizează sinteza ARN ribozomal. Componenta granulară înconjoară componenta fibrilară situată în centrul nucleolului.
Nucleul celular și funcțiile sale
Rolul carejoacă nucleul, este indisolubil legat de structura sa. Structurile interne ale organoidului implementează împreună cele mai importante procese din celulă. Găzduiește informațiile genetice care determină structura și funcția celulei. Nucleul este responsabil pentru stocarea și transmiterea informațiilor ereditare în timpul mitozei și meiozei. În primul caz, celula fiică primește un set de gene identice cu părintele. Ca rezultat al meiozei, celulele germinale se formează cu un set haploid de cromozomi.
O altă funcție nu mai puțin importantă a nucleului este reglarea proceselor intracelulare. Se realizează ca urmare a controlului sintezei proteinelor responsabile de structura și funcționarea elementelor celulare.
Influența asupra sintezei proteinelor are o altă expresie. Nucleul, controlând procesele din interiorul celulei, își unește toate organelele într-un singur sistem cu un mecanism de lucru care funcționează bine. Eșecurile acestuia duc, de regulă, la moartea celulei.
În sfârșit, nucleul este locul de sinteză a subunităților ribozomilor, care sunt responsabile pentru formarea aceleiași proteine din aminoacizi. Ribozomii sunt indispensabili în procesul de transcripție.
Celula eucariotă este o structură mai perfectă decât cea procariotă. Apariția organelelor cu membrană proprie a făcut posibilă creșterea eficienței proceselor intracelulare. Formarea unui nucleu inconjurat de o membrana dubla lipidica a jucat un rol foarte important in aceasta evolutie. Protecția informațiilor ereditare de către membrană a făcut posibilă stăpânirea organismelor unicelulare anticeorganisme în noi moduri de viață. Printre acestea s-a numărat fagocitoza, care, conform unei versiuni, a dus la apariția unui organism simbiotic, care a devenit mai târziu progenitorul celulei eucariote moderne cu toate organitele sale caracteristice. Nucleul celular, structura și funcțiile unor noi structuri au făcut posibilă utilizarea oxigenului în metabolism. Consecința acestui fapt a fost o schimbare cardinală în biosfera Pământului, a fost pusă bazele pentru formarea și dezvoltarea organismelor multicelulare. Astăzi, organismele eucariote, care includ oamenii, domină planeta și nimic nu prefigurează schimbări în acest sens.
