ЯДРО КЛЕТКИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, СТРОЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

Ядро клетки является основным отсеком эукариотических клеток. Это самая заметная структура этого типа клеток, имеющая генетический материал. Он управляет всеми клеточными процессами: он содержит все инструкции, закодированные в ДНК, для проведения необходимых реакций. Он участвует в процессах деления клеток.

У всех эукариотических клеток есть ядро, за исключением нескольких конкретных примеров, таких как зрелые эритроциты (эритроциты) у млекопитающих и клетки флоэмы у растений. Точно так же есть клетки с более чем одним ядром, такие как некоторые мышечные клетки, гепатоциты и нейроны.

Ядро было открыто в 1802 году Францем Бауэром; Однако в 1830 году эту структуру наблюдал и ученый Роберт Браун, ставший известным как ее главный первооткрыватель. Благодаря большому размеру, его можно хорошо рассмотреть под микроскопом. Кроме того, это легко окрашиваемая структура.

Ядро не является однородным и статическим сферическим объектом с рассредоточенной ДНК. Это сложная и замысловатая конструкция с различными компонентами и деталями внутри. Кроме того, он динамичен и постоянно меняется на протяжении клеточного цикла.

характеристики

Ядро - это основная структура, которая позволяет различать эукариотические и прокариотические клетки. Это самый большой отсек для кювет. Обычно ядро ​​находится близко к центру клетки, но есть исключения, такие как плазматические клетки и эпителиальные клетки.

Это сферическая органелла диаметром в среднем около 5 мкм, но может достигать 12 мкм в зависимости от типа клетки. Я могу занять примерно 10% от общего объема ячейки.

Он имеет ядерную оболочку, образованную двумя мембранами, которые отделяют его от цитоплазмы. Генетический материал организован вместе с белками внутри него.

Несмотря на то, что в ядре нет других мембранных субкомпартментов, можно выделить ряд компонентов или областей в структуре, которые имеют определенные функции.

Характеристики

Ядру приписывается необычайное количество функций, так как оно содержит сбор всей генетической информации клетки (за исключением митохондриальной ДНК и хлоропластной ДНК) и управляет процессами деления клетки. Таким образом, основные функции ядра следующие:

Генная регуляция

Существование липидного барьера между генетическим материалом и остальными цитоплазматическими компонентами помогает уменьшить вмешательство других компонентов в функционирование ДНК. Это представляет собой эволюционное нововведение, имеющее большое значение для групп эукариот.

Резка и сращивание

Процесс сплайсинга информационной РНК происходит в ядре до того, как молекула переместится в цитоплазму.

Целью этого процесса является устранение интронов («кусочков» генетического материала, которые не кодируют и прерывают экзоны, области, которые кодируют) из РНК. Позже РНК покидает ядро, где транслируется в белки.

Существуют и другие, более специфические функции каждой структуры ядра, которые будут обсуждаться позже.

Структура и состав

Ядро состоит из трех определенных частей: ядерной оболочки, хроматина и ядрышка. Ниже мы подробно опишем каждую структуру:

Ядерная оболочка

Ядерная оболочка состоит из мембран липидной природы и отделяет ядро ​​от остальных клеточных компонентов. Эта мембрана двойная, и между ними есть небольшое пространство, называемое перинуклеарным пространством.

Внутренняя и внешняя мембранные системы образуют непрерывную структуру с эндоплазматическим ретикулумом.

Эта мембранная система прервана рядом пор. Эти ядерные каналы позволяют обмениваться материалом с цитоплазмой, потому что ядро ​​не полностью изолировано от остальных компонентов.

Ядерный поровый комплекс

Через эти поры обмен веществ происходит двумя путями: пассивным, без необходимости затрат энергии; или активный, с затратами энергии. Пассивно могут входить и уходить небольшие молекулы, такие как вода или соли, размером менее 9 нм или 30-40 кДа.

Это происходит в отличие от высокомолекулярных молекул, которым требуется АТФ (энергетический аденозинтрифосфат) для перемещения через эти компартменты. Большие молекулы включают фрагменты РНК (рибонуклеиновой кислоты) или других биомолекул белковой природы.

Поры - это не просто отверстия, через которые проходят молекулы. Это большие белковые структуры, которые могут содержать от 100 до 200 белков и называются «комплексом ядерных пор». Конструктивно он очень похож на баскетбольное кольцо. Эти белки называются нуклеопоринами.

Этот комплекс обнаружен у большого количества организмов: от дрожжей до человека. Помимо функции клеточного транспорта, он также участвует в регуляции экспрессии генов. Они являются незаменимой структурой для эукариот.

По размеру и количеству комплекс может достигать 125 МДа у позвоночных, а ядро ​​в этой группе животных может иметь около 2000 пор. Эти характеристики различаются в зависимости от изучаемого таксона.

Хроматин

Хроматин находится в ядре, но мы не можем рассматривать его как его отдел. Он назван за его превосходную способность окрашивать и наблюдать под микроскопом.

ДНК - это чрезвычайно длинная линейная молекула у эукариот. Его уплотнение - ключевой процесс. Генетический материал связан с рядом белков, называемых гистонами, которые обладают высоким сродством к ДНК. Существуют также другие типы белков, которые могут взаимодействовать с ДНК, и они не являются гистонами.

В гистонах ДНК сворачивается и образует хромосомы. Это динамические структуры, которые не всегда можно найти в своей типичной форме (крестики и буквы Y, которые мы привыкли видеть на иллюстрациях в книгах). Такое расположение появляется только во время процессов деления клеток.

На остальных стадиях (когда клетка не в процессе деления) отдельные хромосомы невозможно различить. Этот факт не означает, что хромосомы гомогенно или беспорядочно рассредоточены по ядру.

На интерфейсе хромосомы организованы в определенные домены. В клетках млекопитающих каждая хромосома занимает определенную «территорию».

Типы хроматина

Можно выделить два типа хроматина: гетерохроматин и эухроматин. Первый сильно конденсирован и расположен на периферии ядра, поэтому аппарат транскрипции не имеет доступа к этим генам. Эухроматин организован более свободно.

Гетерохроматин делится на два типа: конститутивный гетерохроматин, который никогда не экспрессируется; и факультативный гетерохроматин, который не транскрибируется в одних клетках и присутствует в других.

Самый известный пример гетерохроматина как регулятора экспрессии генов - это конденсация и инактивация хромосомы X. У млекопитающих у женщин есть половые хромосомы XX, а у мужчин - XY.

По причинам дозировки генов самки не могут иметь вдвое больше генов в X, чем самцы. Чтобы избежать этого конфликта, Х-хромосома случайным образом инактивируется (становится гетерохроматином) в каждой клетке.

Ядрышка

Ядрышко - очень важная внутренняя структура ядра. Это не отдел, ограниченный мембранными структурами, это более темная область ядра с определенными функциями.

В этой области сгруппированы гены, кодирующие рибосомную РНК, транскрибируемую РНК-полимеразой I. В ДНК человека эти гены находятся в спутниках следующих хромосом: 13, 14, 15, 21 и 22. Это ядрышковые организаторы.

В свою очередь, ядрышко разделено на три отдельных участка: центры фибриллы, компоненты фибриллы и компоненты гранул.

Недавние исследования накапливают все больше и больше доказательств возможных дополнительных функций ядрышка, не только ограниченных синтезом и сборкой рибосомной РНК.

В настоящее время считается, что ядрышко может участвовать в сборке и синтезе различных белков. Посттранскрипционные модификации также были обнаружены в этой ядерной зоне.

Ядрышко также участвует в регуляторных функциях. Одно исследование показало, как это связано с белками-супрессорами опухолей.

Тела Кахала

Тела Кахала (также называемые свернутыми кольцами) носят это название в честь своего первооткрывателя Сантьяго Рамона-и-Кахала. Этот исследователь наблюдал эти тельца в нейронах в 1903 году.

Они представляют собой небольшие структуры в виде сфер и существуют от 1 до 5 копий на ядро. Эти тела очень сложны с довольно большим количеством компонентов, включая эти факторы транскрипции и механизмы, связанные со сплайсингом.

Эти сферические структуры были обнаружены в разных частях ядра, поскольку они являются подвижными структурами. Обычно они обнаруживаются в нуклеоплазме, хотя в раковых клетках они обнаруживаются в ядрышке.

В ядре есть два типа корпусов Box, которые классифицируются в зависимости от их размера: большие и маленькие.

Тела PML

Тельца ПМЛ (промиелоцитарный лейкоз) представляют собой небольшие сферические субядерные области, имеющие клиническое значение, так как они связаны с вирусными инфекциями и онкогенезом.

В литературе они известны под разными названиями, такими как ядерный домен 10, тельца Кремера и онкогенные домены PML.

Ядро имеет от 10 до 30 таких доменов и имеет диаметр от 0,2 до 1,0 мкм. Среди его функций выделяется регуляция генов и синтеза РНК.

Ссылки

1. Адам, С.А. (2001). Ядерный поровый комплекс. Геномная биология, 2 (9), обзоры 0007.1-reviews0007.6.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Биология: жизнь на земле. Образование Пирсона.
3. Boisvert, FM, Hendzel, MJ, и Bazett-Jones, DP (2000). Ядерные тельца промиелоцитарного лейкоза (ПМЛ) представляют собой белковые структуры, которые не накапливают РНК. Журнал клеточной биологии, 148 (2), 283-292.
4. Буш, Х. (2012). Ядро клетки. Elsevier.
5. Купер, Г. М., и Хаусман, Р. Е. (2000). Клетка: молекулярный подход. Сандерленд, Массачусетс: партнеры Sinauer.
6. Кертис, Х., и Шнек, А. (2008). Кертис. Биология. Panamerican Medical Ed.
7. Дандр М. и Мистели Т. (2001). Функциональная архитектура в ядре клетки. Биохимический журнал, 356 (2), 297-310.
8. Эйнард, А.Р., Валентич, М.А., и Ровазио, Р.А. (2008). Гистология и эмбриология человека: клеточные и молекулярные основы. Panamerican Medical Ed.
9. Hetzer, MW (2010). Ядерная оболочка. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии, 2 (3), a000539.
10. Кабачинский, Г., & Шварц, Т.У. (2015). Комплекс ядерных пор - краткий обзор структуры и функций. Журнал клеточной науки, 128 (3), 423-429.
11. Монтанер, А. Т. (2002). Дополнительное тело Кахала. Rev esp patol, 35, (4), 529-532.
12. Ньюпорт, JW, и Форбс, DJ (1987). Ядро: структура, функции и динамика. Ежегодный обзор биохимии, 56 (1), 535-565.