Клетъчно ядро: характеристики, функции, структура и състав

Клетъчното ядро е фундаментално отделение на еукариотните клетки. Това е най-видимата структура на този клетъчен тип и има генетичен материал. Той насочва всички клетъчни процеси: съдържа всички инструкции, кодирани в ДНК за извършване на необходимите реакции. Участва в процесите на клетъчно делене.

Всички еукариотни клетки имат ядро, с изключение на някои специфични примери като зрели червени кръвни клетки (еритроцити) в бозайници и флоемни клетки в растенията. По същия начин, има клетки с повече от едно ядро, като някои мускулни клетки, хепатоцити и неврони.

Ядрото е открито през 1802 г. от Франц Бауер; Въпреки това, през 1830 г. учен Робърт Браун също наблюдава тази структура и става популярен като основен откривател. Поради големия си размер, може да се наблюдава ясно под микроскоп. В допълнение, това е структура на лесно оцветяване.

Ядрото не е хомогенна и статична сферична единица с диспергирана ДНК. Тя е сложна и сложна структура с различни компоненти и части вътре. В допълнение, тя е динамична и постоянно се променя през целия клетъчен цикъл.

функции

Ядрото е основната структура, която позволява диференциацията между еукариотни и прокариотни клетки. Това е най-голямото отделение за клетки. Обикновено ядрото е близо до центъра на клетката, но има изключения, като плазмени клетки и епителни клетки.

Това е сферообразна органела с диаметър около 5 μm, но може да достигне до 12 μm, в зависимост от вида на клетката. Мога да заема приблизително 10% от общия клетъчен обем.

Той има ядрена обвивка, образувана от две мембрани, която я отделя от цитоплазмата. Генетичният материал е организиран заедно с протеини вътре в него.

Независимо от факта, че вътре в ядрото няма други мембранни подразделения, ако може да се разграничи поредица от компоненти или области в структурата, които имат специфични функции.

функции

На ядрото се приписва изключително голям брой функции, тъй като съдържа сбор от цялата генетична информация на клетката (с изключение на митохондриалната ДНК и хлоропластната ДНК) и насочва процесите на клетъчното делене. В обобщение, основните функции на ядрото са следните:

Регулация на ген

Наличието на липидна бариера между генетичния материал и останалите цитоплазмени компоненти спомага за намаляване на интерференцията на други компоненти във функционирането на ДНК. Това представлява еволюционна иновация от голямо значение за групите еукариоти.

Рязане и снаждане

Процесът на свързващата РНК се осъществява в ядрото, преди молекулата да се премести в цитоплазмата.

Целта на този процес е елиминирането на интроните ("парчета" от генетичен материал, които не са кодиращи и които прекъсват екзони, области, които кодират) на РНК. Впоследствие РНК напуска ядрото, където се трансформира в протеини.

Има и други по-специфични функции на всяка основна структура, които ще бъдат разгледани по-късно.

Структура и състав

Ядрото се състои от три определени части: ядрената обвивка, хроматинът и ядрото. След това ще опишем подробно всяка структура:

Ядрена обвивка

Ядрената обвивка е съставена от мембрани с липидна природа и отделя ядрото от останалите клетъчни компоненти. Тази мембрана е двойна и между тях е малко пространство, наречено perinuclear space.

Вътрешната и външната мембранна система образува непрекъсната структура с ендоплазмения ретикулум

Тази мембранна система се прекъсва от серия от пори. Тези ядрени канали позволяват обмен на материал с цитоплазмата, тъй като ядрото не е напълно изолирано от останалите компоненти.

Комплекс от ядрени пори

Чрез тези пори обменът на вещества става по два начина: пасивен, без необходимост от енергийни разходи; или активни, с разходи за енергия. Пасивните могат да влизат и излизат от малки молекули като вода или соли, по-малко от 9 nm или 30-40 kDa.

Това се случва за разлика от молекулите с високо молекулно тегло, които изискват АТФ (енергийно-аденозин трифосфат) да се движи през тези отделения. Големите молекули включват части от РНК (рибонуклеинова киселина) или други биомолекули с протеинова природа.

Порите не са просто дупки, през които преминават молекулите. Протеини с важен размер са структури, които могат да съдържат 100 или 200 протеина и се наричат ​​"ядрен порите". Структурно, тя почти прилича на баскетболен кош. Тези протеини се наричат ​​нуклеопорини.

Този комплекс е открит в голям брой организми: от дрожди до хора. В допълнение към функцията на клетъчния транспорт, тя също участва в регулирането на генната експресия. Те са незаменима структура за еукариотите.

По отношение на размера и броя, комплексът може да носи размер от 125 MDa при гръбначни животни, а едно ядро ​​в тази група животни може да съдържа около 2000 пори. Тези характеристики варират в зависимост от изследвания таксон.

хроматин

Хроматинът се намира в ядрото, но не можем да го считаме за отделение на ядрото. Той получава това име за отличната способност за оцветяване и се наблюдава под микроскоп.

ДНК е изключително дълга линейна молекула в еукариотите. Уплътняването му е ключов процес. Генетичният материал е свързан с поредица от протеини, наречени хистони, които имат висок афинитет към ДНК. Има и други видове протеини, които могат да взаимодействат с ДНК и не са хистони.

В хистони, ДНК рулони и образуват хромозоми. Това са динамични структури и не се намират постоянно в тяхната типична форма (Xs и Ys, които сме свикнали да наблюдаваме в илюстрациите на книгите). Това подреждане се появява само по време на процесите на клетъчно деление.

В останалите етапи (когато клетката не е в процес на разделяне), отделните хромозоми не могат да бъдат разграничени. Този факт не предполага, че хромозомите са диспергирани хомогенно или разбъркано от ядрото.

На интерфейса хромозомите са организирани в специфични области. В клетки на бозайници всяка хромозома заема специфична "територия".

Видове хроматин

Различават се два вида хроматин: хетерохроматин и еухроматин. Първият е силно кондензиран и разположен в периферията на ядрото, така че машината за транскрипция няма достъп до тези гени. Евроматинът е организиран по-свободно.

Хетерохроматинът се разделя на два вида: конститутивен хетерохроматин, който никога не се експресира; и факултативен хетерохроматин, който не се транскрибира в някои клетки, а в други - да.

Най-известният пример за хетерохроматин като регулатор на генната експресия е кондензацията и инактивирането на Х-хромозомата, а при бозайниците женските имат ХХ сексуални хромозоми, докато мъжките са XY.

Поради генната дозировка, жените не могат да имат два пъти повече гени в Х от мъжките. За да се избегне този конфликт, X хромозома се инактивира (превръщайки се в хетерохроматин) произволно във всяка клетка.

ядърце

Ядрото е много подходяща вътрешна структура на ядрото. Това не е отделение, ограничено от мембранни структури, а по-тъмна зона на ядрото със специфични функции.

В тази област, гените, кодиращи рибозомната РНК, транскрибирани от РНК полимераза I, са групирани.В човешката ДНК тези гени се намират в спътниците на следните хромозоми: 13, 14, 15, 21 и 22. ядрените организатори.

От своя страна, ядрото се разделя на три отделни области: фибриларни центрове, фибриларни компоненти и гранулирани компоненти.

Последните изследвания натрупаха все повече и повече доказателства за възможни допълнителни функции на ядрената клетка, не само ограничени до синтеза и сглобяването на рибозомната РНК.

Понастоящем се смята, че ядрото може да бъде включено в сглобяването и синтеза на различни протеини. Посттранскрипционни модификации също са доказани в тази ядрена зона.

Ядрото също участва в регулаторните функции. Едно проучване показва как тя е свързана с туморни супресорни протеини.

Корпус на Кахал

Телата на Кахал (наричани също спирални тела ) носят това име в чест на неговия откривател Сантяго Рамон и Кахал. Този изследовател наблюдавал тези корпускули в невроните през 1903 година.

Те са малки структури под формата на сфери и има 1 до 5 копия на ядро. Тези тела са много сложни с доста голям брой компоненти, сред тези транскрипционни фактори и машини, свързани със снаждане .

Тези сферични структури са открити в различни части на ядрото, тъй като те са подвижни структури. Обикновено се намират в нуклеоплазмата, въпреки че раковите клетки са открити в ядрото.

В сърцевината има два типа кутии, класифицирани според размера им: големи и малки.

PML тела

Телата на ПМЛ ( промиелоцитна левкемия ) са малки субнуклеарни сферични зони с клинично значение, тъй като са свързани с вирусни инфекции и онкогенеза.

В литературата те са известни с различни имена, като ядрен домейн 10, тела на Кремер и онкогенни ПМЛ домейни.

Сърцевината притежава от 10 до 30 от тези домени и има диаметър от 0.2 до 1.0 цт. Неговите функции включват генна регулация и синтез на РНК.