La struttura e le funzioni della cellula hanno subito una serie di cambiamenti nel corso dell'evoluzione. La comparsa di nuovi organelli è stata preceduta da trasformazioni nell'atmosfera e nella litosfera del giovane pianeta. Una delle acquisizioni significative è stata il nucleo cellulare. Gli organismi eucariotici ricevettero, a causa della presenza di organelli separati, vantaggi significativi rispetto ai procarioti e iniziarono rapidamente a dominare.
Il nucleo cellulare, la cui struttura e le cui funzioni sono alquanto differenti nei diversi tessuti e organi, ha migliorato la qualità della biosintesi dell'RNA e la trasmissione delle informazioni ereditarie.
Origine
Ad oggi, ci sono due ipotesi principali sulla formazione di una cellula eucariotica. Secondo la teoria simbiotica, gli organelli (come flagelli o mitocondri) erano un tempo organismi procarioti separati. Gli antenati dei moderni eucarioti li divorarono. Il risultato fu un organismo simbiotico.
Il nucleo si è formato come risultato della sporgenza verso l'internosezione della membrana citoplasmatica. Questa è stata un'acquisizione necessaria sulla strada per padroneggiare un nuovo modo di nutrirsi, la fagocitosi, da parte della cellula. La cattura del cibo è stata accompagnata da un aumento del grado di mobilità citoplasmatica. I genofori, che erano il materiale genetico di una cellula procariotica e attaccati alle pareti, cadevano in una zona di forte "flusso" e avevano bisogno di protezione. Di conseguenza, si è formata una profonda invaginazione di una sezione della membrana contenente genofori attaccati. Questa ipotesi è supportata dal fatto che il guscio del nucleo è indissolubilmente legato alla membrana citoplasmatica della cellula.
C'è un' altra versione dello sviluppo degli eventi. Secondo l'ipotesi virale dell'origine del nucleo, si sarebbe formato a seguito dell'infezione di un'antica cellula arcaica. Un virus del DNA si è infiltrato in esso e gradualmente ha acquisito il controllo completo sui processi vitali. Gli scienziati che considerano questa teoria più corretta, danno molti argomenti a suo favore. Tuttavia, ad oggi, non ci sono prove conclusive per nessuna delle ipotesi esistenti.
Uno o più
La maggior parte delle cellule degli eucarioti moderni ha un nucleo. La stragrande maggioranza di essi contiene solo uno di questi organelli. Ci sono, tuttavia, cellule che hanno perso il nucleo a causa di alcune caratteristiche funzionali. Questi includono, ad esempio, gli eritrociti. Ci sono anche cellule con due (ciliati) e anche più nuclei.
Struttura del nucleo cellulare
Indipendentemente dalle caratteristiche dell'organismo, la struttura del nucleo è caratterizzata da un insieme diorganelli. È separato dallo spazio interno della cellula da una doppia membrana. In alcuni punti, i suoi strati interno ed esterno si fondono, formando pori. La loro funzione è di scambiare sostanze tra il citoplasma e il nucleo.
Lo spazio degli organelli è pieno di carioplasma, chiamato anche linfa nucleare o nucleoplasma. Contiene cromatina e nucleolo. A volte l'ultimo degli organelli nominati del nucleo cellulare non è presente in una singola copia. In alcuni organismi, invece, i nucleoli sono assenti.
Membrana
La membrana nucleare è formata da lipidi ed è composta da due strati: esterno ed interno. In re altà, questa è la stessa membrana cellulare. Il nucleo comunica con i canali del reticolo endoplasmatico attraverso lo spazio perinucleare, una cavità formata da due strati di membrana.
Le membrane esterne ed interne hanno le loro caratteristiche strutturali, ma sono generalmente abbastanza simili.
Più vicino al citoplasma
Lo strato esterno passa nella membrana del reticolo endoplasmatico. La sua principale differenza da quest'ultimo è una concentrazione significativamente più alta di proteine nella struttura. La membrana a diretto contatto con il citoplasma della cellula è ricoperta da uno strato di ribosomi dall'esterno. È collegato alla membrana interna da numerosi pori, che sono complessi proteici piuttosto grandi.
Strato interno
La membrana rivolta verso il nucleo cellulare, a differenza di quella esterna, è liscia, non ricoperta di ribosomi. Limita il carioplasma. Una caratteristica della membrana interna è uno strato di lamina nucleare che la riveste lateralmente,a contatto con il nucleoplasma. Questa specifica struttura proteica mantiene la forma dell'involucro, è coinvolta nella regolazione dell'espressione genica e promuove anche l'attaccamento della cromatina alla membrana nucleare.
Metabolismo
L'interazione del nucleo e del citoplasma avviene attraverso i pori nucleari. Sono strutture piuttosto complesse formate da 30 proteine. Il numero di pori su un core può essere diverso. Dipende dal tipo di cellula, organo e organismo. Quindi, nell'uomo, il nucleo cellulare può avere da 3 a 5mila pori, in alcune rane raggiunge i 50.000.
La funzione principale dei pori è lo scambio di sostanze tra il nucleo e il resto dello spazio cellulare. Alcune molecole passano attraverso i pori passivamente, senza ulteriore dispendio di energia. Sono di piccole dimensioni. Il trasporto di grandi molecole e complessi supramolecolari richiede il consumo di una certa quantità di energia.
Le molecole di RNA sintetizzate nel nucleo entrano nella cellula dal carioplasma. Le proteine necessarie per i processi intranucleari vengono trasportate nella direzione opposta.
Nucleoplasma
Il succo nucleare è una soluzione colloidale di proteine. È delimitato dall'involucro nucleare e circonda la cromatina e il nucleolo. Il nucleoplasma è un liquido viscoso in cui vengono disciolte varie sostanze. Questi includono nucleotidi ed enzimi. I primi sono essenziali per la sintesi del DNA. Gli enzimi sono coinvolti nella trascrizione così come nella riparazione e replicazione del DNA.
La struttura del succo nucleare cambia a seconda dello stato della cellula. Ce ne sono due: stazionario eche si verificano durante la divisione. Il primo è caratteristico dell'interfase (il tempo tra le divisioni). Allo stesso tempo, il succo nucleare si distingue per una distribuzione uniforme di acidi nucleici e molecole di DNA non strutturate. Durante questo periodo, il materiale ereditario esiste sotto forma di cromatina. La divisione del nucleo cellulare è accompagnata dalla trasformazione della cromatina in cromosomi. In questo momento, la struttura del carioplasma cambia: il materiale genetico acquisisce una certa struttura, l'involucro nucleare viene distrutto e il carioplasma si mescola al citoplasma.
Cromosomi
Le principali funzioni delle strutture nucleoproteiche della cromatina trasformate al momento della divisione sono l'immagazzinamento, l'implementazione e la trasmissione delle informazioni ereditarie contenute nel nucleo cellulare. I cromosomi sono caratterizzati da una certa forma: sono divisi in parti o braccia da una costrizione primaria, detta anche celomere. In base alla sua posizione, si distinguono tre tipi di cromosomi:
- a bastoncino o acrocentrici: sono caratterizzati dalla collocazione del celomere quasi all'estremità, un braccio è molto piccolo;
- diversificato o submetacentrico hanno braccia di lunghezza diversa;
- equilatero o metacentrico.
L'insieme dei cromosomi in una cellula è chiamato cariotipo. Ogni tipo è fisso. In questo caso, diverse cellule dello stesso organismo possono contenere un insieme diploide (doppio) o aploide (singolo). La prima opzione è tipica delle cellule somatiche, che costituiscono principalmente il corpo. L'insieme aploide è un privilegio delle cellule germinali. cellule somatiche umanecontengono 46 cromosomi, sesso - 23.
I cromosomi dell'insieme diploide formano coppie. Strutture nucleoproteiche identiche incluse in una coppia sono chiamate alleliche. Hanno la stessa struttura e svolgono le stesse funzioni.
L'unità strutturale dei cromosomi è il gene. È una sezione della molecola del DNA che codifica per una specifica proteina.
Nucleolo
Il nucleo cellulare ha un organello in più: il nucleolo. Non è separato dal carioplasma da una membrana, ma è facile da notare quando si esamina la cellula al microscopio. Alcuni nuclei possono avere più nucleoli. Ci sono anche quelli in cui tali organelli sono completamente assenti.
La forma del nucleolo ricorda una sfera, ha dimensioni abbastanza ridotte. Contiene diverse proteine. La funzione principale del nucleolo è la sintesi dell'RNA ribosomiale e dei ribosomi stessi. Sono necessari per la creazione di catene polipeptidiche. I nucleoli si formano attorno a regioni speciali del genoma. Sono chiamati organizzatori nucleolari. Contiene i geni dell'RNA ribosomiale. Il nucleolo, tra le altre cose, è il luogo con la più alta concentrazione di proteine nella cellula. Parte delle proteine è necessaria per svolgere le funzioni dell'organoide.
Il nucleolo è costituito da due componenti: granulare e fibrillare. Il primo è la maturazione delle subunità ribosomiali. Nel centro fibrillare viene effettuata la sintesi dell'RNA ribosomiale. La componente granulare circonda la componente fibrillare situata al centro del nucleolo.
Nucleo cellulare e sue funzioni
Il ruolo chegioca il fulcro, è indissolubilmente legato alla sua struttura. Le strutture interne dell'organoide implementano congiuntamente i processi più importanti nella cellula. Ospita le informazioni genetiche che determinano la struttura e la funzione della cellula. Il nucleo è responsabile della memorizzazione e della trasmissione delle informazioni ereditarie durante la mitosi e la meiosi. Nel primo caso, la cellula figlia riceve un insieme di geni identici al genitore. Come risultato della meiosi, le cellule germinali si formano con un insieme aploide di cromosomi.
Un' altra funzione non meno importante del nucleo è la regolazione dei processi intracellulari. Viene effettuato come risultato del controllo della sintesi delle proteine responsabili della struttura e del funzionamento degli elementi cellulari.
L'influenza sulla sintesi proteica ha un' altra espressione. Il nucleo, controllando i processi all'interno della cellula, unisce tutti i suoi organelli in un unico sistema con un meccanismo di lavoro ben funzionante. I suoi fallimenti portano, di regola, alla morte cellulare.
Infine, il nucleo è il sito di sintesi delle subunità ribosomiali, che sono responsabili della formazione della stessa proteina a partire dagli amminoacidi. I ribosomi sono indispensabili nel processo di trascrizione.
La cellula eucariotica è una struttura più perfetta di quella procariotica. L'aspetto degli organelli con la propria membrana ha permesso di aumentare l'efficienza dei processi intracellulari. La formazione di un nucleo circondato da una doppia membrana lipidica ha svolto un ruolo molto importante in questa evoluzione. La protezione delle informazioni ereditarie da parte della membrana ha permesso di dominare gli antichi organismi unicellulariorganismi in nuovi modi di vivere. Tra questi c'era la fagocitosi, che, secondo una versione, portò all'emergere di un organismo simbiotico, che in seguito divenne il capostipite della moderna cellula eucariotica con tutti i suoi caratteristici organelli. Il nucleo cellulare, la struttura e le funzioni di alcune nuove strutture hanno permesso di utilizzare l'ossigeno nel metabolismo. La conseguenza di ciò fu un cambiamento fondamentale nella biosfera terrestre, furono gettate le basi per la formazione e lo sviluppo di organismi multicellulari. Oggi gli organismi eucarioti, che includono gli esseri umani, dominano il pianeta e nulla prefigura cambiamenti in questo senso.
