Nucleul celular este cel mai important organel al său, locul de stocare și reproducere a informațiilor ereditare. Aceasta este o structură membranară care ocupă 10-40% din celulă, ale cărei funcții sunt foarte importante pentru viața eucariotelor. Cu toate acestea, chiar și fără prezența unui nucleu, realizarea de informații ereditare este posibilă. Un exemplu al acestui proces este activitatea vitală a celulelor bacteriene. Cu toate acestea, caracteristicile structurale ale nucleului și scopul său sunt foarte importante pentru un organism multicelular.
Locația nucleului în celulă și structura sa
Nucleul este situat în grosimea citoplasmei și este în contact direct cu reticulul endoplasmatic aspru și neted. Este înconjurat de două membrane, între care se află spațiul perinuclear. În interiorul nucleului există o matrice, cromatina și câțiva nucleoli.
Unele celule umane mature nu au nucleu, în timp ce altele funcționează în condiții de inhibare severă a activității sale. În general, structura nucleului (schema) se prezintă ca o cavitate nucleară, limitată de o cariolemă din celulă, care conține cromatină și nucleoli fixați în nucleoplasmă.matrice nucleară.
Structura kariolemei
Pentru comoditatea studierii celulei nucleului, aceasta din urmă ar trebui percepută ca bule, limitate de coji de la alte bule. Nucleul este o bulă cu informații ereditare situată în grosimea celulei. Este protejat de citoplasmă printr-o membrană lipidică cu două straturi. Structura învelișului nucleului este similară cu membrana celulară. De fapt, ele se disting doar prin numele și numărul de straturi. Fără toate acestea, ele sunt identice ca structură și funcție.
Structura kariolemei (membrană nucleară) este cu două straturi: este formată din două straturi lipidice. Stratul bilipid exterior al cariolemei este în contact direct cu reticulul aspru al endoplasmei celulare. Caryolema internă - cu conținutul nucleului. Există un spațiu perinuclear între cariomembrana externă și interioară. Aparent, s-a format din cauza fenomenelor electrostatice - respingerea zonelor de reziduuri de glicerol.
Funcția membranei nucleare este de a crea o barieră mecanică care separă nucleul de citoplasmă. Membrana interioară a nucleului servește ca loc de fixare pentru matricea nucleară - un lanț de molecule de proteine care susțin structura în vrac. Există pori speciali în două membrane nucleare: ARN-ul mesager intră în citoplasmă prin ei până la ribozomi. În chiar grosimea nucleului există mai mulți nucleoli și cromatina.
Structura internă a nucleoplasmei
Caracteristicile structurii nucleului ne permit să-l comparăm cu celula însăși. În interiorul nucleului există și un mediu special (nucleoplasmă),reprezentată de un gel-sol, o soluție coloidală de proteine. În interiorul acestuia se află un nucleoschelet (matrice), reprezentat de proteine fibrilare. Principala diferență constă doar în faptul că proteinele predominant acide sunt prezente în nucleu. Aparent, o astfel de reacție a mediului este necesară pentru a păstra proprietățile chimice ale acizilor nucleici și apariția reacțiilor biochimice.
Nucleol
Structura nucleului celular nu poate fi completată fără nucleol. Este un ARN ribozomal spiralizat, care se află în stadiul de maturare. Mai târziu, din acesta se va obține un ribozom - un organel necesar pentru sinteza proteinelor. În structura nucleolului se disting două componente: fibrilară și globulară. Diferă doar prin microscopia electronică și nu au membrane proprii.
Componenta fibrilară se află în centrul nucleolului. Este o catenă de ARN de tip ribozomal din care vor fi asamblate subunitățile ribozomiale. Dacă luăm în considerare miezul (structura și funcțiile), atunci este evident că ulterior se va forma o componentă granulară din acestea. Acestea sunt aceleași subunități ribozomale în curs de maturizare care se află în stadiile ulterioare ale dezvoltării lor. Curând formează ribozomi. Ele sunt îndepărtate din nucleoplasmă prin porii nucleari ai cariolemei și pătrund în membrana reticulului endoplasmatic aspru.
Cromatina și cromozomi
Structura și funcțiile nucleului celular sunt legate organic: există doar acele structuri care sunt necesare pentru stocarea și reproducerea informațiilor ereditare. Există și un carioschelet(matricea nucleului), a cărei funcție este de a menține forma organelului. Cu toate acestea, cea mai importantă componentă a nucleului este cromatina. Aceștia sunt cromozomi care joacă rolul de dulapuri ale diferitelor grupuri de gene.
Cromatina este o proteină complexă care constă dintr-o polipeptidă cu structură cuaternară conectată la un acid nucleic (ARN sau ADN). Cromatina este prezentă și în plasmidele bacteriene. Aproape un sfert din greutatea totală a cromatinei este alcătuită din histone - proteine responsabile de „ambalarea” informațiilor ereditare. Această caracteristică a structurii este studiată de biochimie și biologie. Structura nucleului este complexă tocmai din cauza cromatinei și a prezenței proceselor care alternează spiralizarea și despiralizarea acestuia.
Prezența histonelor face posibilă condensarea și completarea catenei de ADN într-un loc mic - în nucleul celulei. Acest lucru se întâmplă după cum urmează: histonele formează nucleozomi, care sunt o structură asemănătoare margelelor. H2B, H3, H2A și H4 sunt proteinele histonice majore. Nucleozomul este format din patru perechi din fiecare dintre histonele prezentate. În același timp, histona H1 este un linker: este asociată cu ADN-ul la locul de intrare în nucleozom. Ambalarea ADN-ului are loc ca urmare a „înfășurării” unei molecule liniare în jurul a 8 proteine de structură histonică.
Structura nucleului, a cărui schemă este prezentată mai sus, sugerează prezența unei structuri asemănătoare solenoidului a ADN-ului completat pe histone. Grosimea acestui conglomerat este de aproximativ 30 nm. În același timp, structura poate fi compactată în continuare pentru a ocupa mai puțin spațiu și a fi mai puțin expusădeteriorare mecanică care apare inevitabil pe durata de viață a celulei.
Fracțiuni de cromatina
Structura, structura și funcțiile nucleului celular sunt fixate pe menținerea proceselor dinamice de spiralizare și despiralizare a cromatinei. Prin urmare, există două fracții principale ale acestuia: puternic spiralizat (heterocromatina) și ușor spiralizat (eucromatina). Sunt separate atât structural, cât și funcțional. În heterocromatina, ADN-ul este bine protejat de orice influență și nu poate fi transcris. Eucromatina este mai puțin protejată, dar genele pot fi duplicate pentru sinteza proteinelor. Cel mai adesea, secțiuni de heterocromatină și eucromatină alternează pe toată lungimea întregului cromozom.
cromozomi
Nucleul celular, a cărui structură și funcții sunt descrise în această publicație, conține cromozomi. Este o cromatină complexă și compactă, care poate fi văzută la microscopie cu lumină. Cu toate acestea, acest lucru este posibil numai dacă o celulă este situată pe lama de sticlă în stadiul de diviziune mitotică sau meiotică. Una dintre etape este spiralizarea cromatinei cu formarea cromozomilor. Structura lor este extrem de simplă: cromozomul are un telomer și două brațe. Fiecare organism multicelular din aceeași specie are aceeași structură a nucleului. Tabelul său de cromozomi este, de asemenea, similar.
Implementarea funcțiilor kernel
Principalele caracteristici ale structurii nucleului sunt legate de îndeplinirea anumitor funcții și de nevoia de a le controla. Nucleul joacă rolul unui depozit de informații ereditare, adică este un fel de dulap de fișiere cusecvențe scrise de aminoacizi ai tuturor proteinelor care pot fi sintetizate în celulă. Aceasta înseamnă că, pentru a îndeplini orice funcție, o celulă trebuie să sintetizeze o proteină, a cărei structură este codificată în genă.
Pentru ca nucleul să „înțeleagă” ce proteină anume trebuie sintetizată la momentul potrivit, există un sistem de receptori externi (membranei) și interni. Informațiile de la ei ajung la nucleu prin transmițători moleculari. Cel mai adesea acest lucru se realizează prin mecanismul adenil-ciclazei. Așa acționează asupra celulei hormonii (adrenalina, norepinefrina) și unele medicamente cu structură hidrofilă.
Al doilea mecanism de transfer de informații este intern. Este caracteristic moleculelor lipofile - corticosteroizi. Această substanță pătrunde în membrana bilipidă a celulei și ajunge la nucleu, unde interacționează cu receptorul său. Ca urmare a activării complecșilor receptori localizați pe membrana celulară (mecanismul adenil-ciclazei) sau pe kariolemă, este declanșată reacția de activare a unei anumite gene. Se replic, pe baza sa este construit ARN-ul mesager. Ulterior, conform structurii acestuia din urmă, se sintetizează o proteină care îndeplinește o anumită funcție.
Nucleul organismelor multicelulare
Într-un organism multicelular, caracteristicile structurale ale nucleului sunt aceleași ca și într-un organism unicelular. Deși există câteva nuanțe. În primul rând, multicelularitatea implică faptul că un număr de celule vor avea propria lor funcție specifică (sau mai multe). Aceasta înseamnă că unele gene vor fi întotdeaunadespiralizat în timp ce alții sunt inactivi.
De exemplu, în celulele țesutului adipos, sinteza proteinelor va fi inactivă și, prin urmare, cea mai mare parte a cromatinei este spiralizată. Și în celule, de exemplu, partea exocrină a pancreasului, procesele de biosinteză a proteinelor sunt în desfășurare. Prin urmare, cromatina lor este despiralizată. În acele zone ale căror gene sunt replicate cel mai des. În același timp, o caracteristică cheie este importantă: setul de cromozomi al tuturor celulelor unui organism este același. Doar din cauza diferențierii funcțiilor în țesuturi, unele dintre ele sunt oprite de la locul de muncă, în timp ce altele sunt despiralizate mai des decât altele.
Celule nucleare ale corpului
Există celule ale căror trăsături structurale ale nucleului nu pot fi luate în considerare, deoarece ca urmare a activității lor vitale fie îi inhibă funcția, fie scapă complet de ea. Cel mai simplu exemplu sunt celulele roșii din sânge. Acestea sunt celule sanguine, al căror nucleu este prezent doar în stadiile incipiente de dezvoltare, atunci când hemoglobina este sintetizată. De îndată ce este suficient pentru a transporta oxigen, nucleul este îndepărtat din celulă pentru a o facilita fără a interfera cu transportul oxigenului.
În termeni generali, un eritrocit este un sac citoplasmatic plin cu hemoglobină. O structură similară este caracteristică celulelor adipoase. Structura nucleului celular al adipocitelor este extrem de simplificată, scade și trece la membrană, iar procesele de sinteză a proteinelor sunt inhibate maxim. Aceste celule seamănă, de asemenea, cu „pungi” pline cu grăsime, deși, desigur, varietateaexistă puțin mai multe reacții biochimice în ele decât în eritrocite. De asemenea, trombocitele nu au un nucleu, dar nu ar trebui considerate celule cu drepturi depline. Acestea sunt fragmente de celule necesare implementării proceselor de hemostază.
