Il nucleo cellulare è il suo organello più importante, il luogo di immagazzinamento e riproduzione delle informazioni ereditarie. Questa è una struttura di membrana che occupa il 10-40% della cellula, le cui funzioni sono molto importanti per la vita degli eucarioti. Tuttavia, anche senza la presenza di un nucleo, è possibile la realizzazione di informazioni ereditarie. Un esempio di questo processo è l'attività vitale delle cellule batteriche. Tuttavia, le caratteristiche strutturali del nucleo e il suo scopo sono molto importanti per un organismo multicellulare.
Posizione del nucleo nella cellula e sua struttura
Il nucleo si trova nello spessore del citoplasma ed è a diretto contatto con il reticolo endoplasmatico ruvido e liscio. È circondato da due membrane, tra le quali si trova lo spazio perinucleare. All'interno del nucleo sono presenti una matrice, cromatina e alcuni nucleoli.
Alcune cellule umane mature non hanno un nucleo, mentre altre funzionano in condizioni di grave inibizione della sua attività. In generale, la struttura del nucleo (schema) si presenta come una cavità nucleare, delimitata da un cariolemma della cellula, contenente cromatina e nucleoli fissati nel nucleoplasmamatrice nucleare.
Struttura del cariolemma
Per comodità di studiare la cellula del nucleo, quest'ultima dovrebbe essere percepita come bolle, limitate dai gusci di altre bolle. Il nucleo è una bolla con informazioni ereditarie situata nello spessore della cellula. È protetto dal suo citoplasma da una membrana lipidica a doppio strato. La struttura del guscio del nucleo è simile alla membrana cellulare. Si distinguono infatti solo per il nome e il numero di strati. Senza tutto questo, sono identici nella struttura e nella funzione.
La struttura del cariolemma (membrana nucleare) è a due strati: è costituita da due strati lipidici. Lo strato bilipidico esterno del cariolemma è a diretto contatto con il reticolo ruvido dell'endoplasma cellulare. Karyolemma interno - con il contenuto del nucleo. C'è uno spazio perinucleare tra la cariomembrana esterna ed interna. Apparentemente, si è formato a causa di fenomeni elettrostatici - repulsione di aree di residui di glicerolo.
La funzione della membrana nucleare è quella di creare una barriera meccanica che separi il nucleo dal citoplasma. La membrana interna del nucleo funge da sito di fissazione per la matrice nucleare, una catena di molecole proteiche che supportano la struttura di massa. Ci sono pori speciali in due membrane nucleari: l'RNA messaggero entra nel citoplasma attraverso di essi fino ai ribosomi. Nello spessore stesso del nucleo sono presenti numerosi nucleoli e cromatina.
Struttura interna del nucleoplasma
Le caratteristiche della struttura del nucleo ci permettono di confrontarlo con la cellula stessa. All'interno del nucleo è presente anche un ambiente speciale (nucleoplasma),rappresentato da un gel-sol, una soluzione colloidale di proteine. Al suo interno è presente un nucleoscheletro (matrice), rappresentato da proteine fibrillari. La differenza principale risiede solo nel fatto che nel nucleo sono presenti prevalentemente proteine acide. Apparentemente, una tale reazione dell'ambiente è necessaria per preservare le proprietà chimiche degli acidi nucleici e il verificarsi di reazioni biochimiche.
Nucleolo
La struttura del nucleo cellulare non può essere completata senza il nucleolo. È un RNA ribosomiale spiralizzato, che è in fase di maturazione. Successivamente, da esso si otterrà un ribosoma, un organello necessario per la sintesi proteica. Nella struttura del nucleolo si distinguono due componenti: fibrillare e globulare. Differiscono solo per la microscopia elettronica e non hanno le proprie membrane.
La componente fibrillare si trova al centro del nucleolo. È un filamento di RNA di tipo ribosomiale da cui verranno assemblate le subunità ribosomiali. Se consideriamo il nucleo (struttura e funzioni), è ovvio che da essi verrà successivamente formato un componente granulare. Queste sono le stesse subunità ribosomiali in fase di maturazione che si trovano nelle fasi successive del loro sviluppo. Presto formano ribosomi. Vengono rimossi dal nucleoplasma attraverso i pori nucleari del cariolemma ed entrano nella membrana del reticolo endoplasmatico ruvido.
Cromatina e cromosomi
La struttura e le funzioni del nucleo cellulare sono organicamente collegate: esistono solo quelle strutture necessarie per immagazzinare e riprodurre le informazioni ereditarie. C'è anche un carioscheletro(matrice del nucleo), la cui funzione è quella di mantenere la forma dell'organello. Tuttavia, il componente più importante del nucleo è la cromatina. Questi sono cromosomi che svolgono il ruolo di schedari di vari gruppi di geni.
La cromatina è una proteina complessa costituita da un polipeptide di struttura quaternaria connesso ad un acido nucleico (RNA o DNA). La cromatina è presente anche nei plasmidi batterici. Quasi un quarto del peso totale della cromatina è costituito da istoni, proteine responsabili del "packaging" delle informazioni ereditarie. Questa caratteristica della struttura è studiata dalla biochimica e dalla biologia. La struttura del nucleo è complessa proprio per la cromatina e per la presenza di processi che alternano la sua spiralizzazione e despiralizzazione.
La presenza di istoni rende possibile condensare e completare il filamento di DNA in un piccolo posto - nel nucleo cellulare. Ciò accade come segue: gli istoni formano nucleosomi, che sono una struttura simile a perline. H2B, H3, H2A e H4 sono le principali proteine istoniche. Il nucleosoma è formato da quattro coppie di ciascuno degli istoni presentati. Allo stesso tempo, l'istone H1 è un linker: è associato al DNA nel sito di ingresso nel nucleosoma. Il confezionamento del DNA avviene come risultato dell'"avvolgimento" di una molecola lineare attorno a 8 proteine della struttura dell'istone.
La struttura del nucleo, il cui schema è presentato sopra, suggerisce la presenza di una struttura simile a un solenoide del DNA completata sugli istoni. Lo spessore di questo conglomerato è di circa 30 nm. Allo stesso tempo, la struttura può essere ulteriormente compattata per occupare meno spazio ed essere meno espostadanno meccanico che inevitabilmente si verifica durante la vita della cellula.
Frazioni di cromatina
La struttura, la struttura e le funzioni del nucleo cellulare sono fissate sul mantenimento dei processi dinamici di spiralizzazione e despiralizzazione della cromatina. Pertanto, ci sono due frazioni principali di esso: fortemente a spirale (eterocromatina) e leggermente a spirale (eucromatina). Sono separati sia strutturalmente che funzionalmente. Nell'eterocromatina, il DNA è ben protetto da qualsiasi influenza e non può essere trascritto. L'eucromatina è meno protetta, ma i geni possono essere duplicati per la sintesi proteica. Molto spesso, sezioni di eterocromatina ed eucromatina si alternano per tutta la lunghezza dell'intero cromosoma.
Cromosomi
Il nucleo cellulare, la cui struttura e le cui funzioni sono descritte in questa pubblicazione, contiene cromosomi. È una cromatina complessa e compatta che può essere vista al microscopio ottico. Tuttavia, questo è possibile solo se una cellula si trova sul vetrino nella fase della divisione mitotica o meiotica. Una delle fasi è la spiralizzazione della cromatina con la formazione di cromosomi. La loro struttura è estremamente semplice: il cromosoma ha un telomero e due braccia. Ogni organismo multicellulare della stessa specie ha la stessa struttura del nucleo. Anche la sua tabella dei cromosomi è simile.
Implementazione delle funzioni del kernel
Le caratteristiche principali della struttura del nucleo sono legate allo svolgimento di determinate funzioni e alla necessità di controllarle. Il nucleo svolge il ruolo di un deposito di informazioni ereditarie, cioè è una specie di schedario consequenze scritte di amminoacidi di tutte le proteine che possono essere sintetizzate nella cellula. Ciò significa che per svolgere qualsiasi funzione, una cellula deve sintetizzare una proteina, la cui struttura è codificata nel gene.
Affinché il nucleo possa "capire" quale particolare proteina deve essere sintetizzata al momento giusto, esiste un sistema di recettori esterni (di membrana) e interni. Le informazioni da loro arrivano al nucleo attraverso trasmettitori molecolari. Molto spesso questo si realizza attraverso il meccanismo dell'adenilato ciclasi. Questo è il modo in cui gli ormoni (adrenalina, noradrenalina) e alcuni farmaci a struttura idrofila agiscono sulla cellula.
Il secondo meccanismo di trasferimento delle informazioni è interno. È caratteristico delle molecole lipofile: i corticosteroidi. Questa sostanza penetra nella membrana bilipidica della cellula e va al nucleo, dove interagisce con il suo recettore. Come risultato dell'attivazione di complessi recettoriali situati sulla membrana cellulare (meccanismo dell'adenilato ciclasi) o sul cariolemma, viene innescata la reazione di attivazione di un determinato gene. Si replica, sulla sua base viene costruito l'RNA messaggero. Successivamente, secondo la struttura di quest'ultimo, viene sintetizzata una proteina che svolge una determinata funzione.
Il nucleo degli organismi multicellulari
In un organismo multicellulare, le caratteristiche strutturali del nucleo sono le stesse di un organismo unicellulare. Anche se ci sono alcune sfumature. In primo luogo, la multicellularità implica che un certo numero di cellule avrà la propria funzione specifica (o più). Ciò significa che alcuni geni lo saranno sempredespiralizzato mentre gli altri sono inattivi.
Ad esempio, nelle cellule del tessuto adiposo, la sintesi proteica sarà inattiva e quindi la maggior parte della cromatina è spiralizzata. E nelle cellule, ad esempio, la parte esocrina del pancreas, i processi di biosintesi proteica sono in corso. Pertanto, la loro cromatina è despiralizzata. In quelle aree i cui geni vengono replicati più spesso. Allo stesso tempo, una caratteristica fondamentale è importante: il set cromosomico di tutte le cellule di un organismo è lo stesso. Solo a causa della differenziazione delle funzioni nei tessuti, alcuni di essi vengono disattivati dal lavoro, mentre altri vengono despirati più spesso di altri.
Cellule nucleari del corpo
Ci sono cellule, le cui caratteristiche strutturali del nucleo possono non essere considerate, perché a causa della loro attività vitale o inibiscono la sua funzione o se ne liberano completamente. L'esempio più semplice sono i globuli rossi. Si tratta di cellule del sangue, il cui nucleo è presente solo nelle prime fasi dello sviluppo, quando viene sintetizzata l'emoglobina. Non appena ce n'è abbastanza per trasportare ossigeno, il nucleo viene rimosso dalla cellula per facilitarla senza interferire con il trasporto di ossigeno.
In termini generali, un eritrocita è una sacca citoplasmatica piena di emoglobina. Una struttura simile è caratteristica delle cellule adipose. La struttura del nucleo cellulare degli adipociti è estremamente semplificata, diminuisce e si sposta sulla membrana e i processi di sintesi proteica sono al massimo inibiti. Queste cellule assomigliano anche a "borse" piene di grasso, sebbene, ovviamente, la varietàci sono leggermente più reazioni biochimiche in esse che negli eritrociti. Anche le piastrine non hanno un nucleo, ma non dovrebbero essere considerate cellule a tutti gli effetti. Questi sono frammenti di cellule necessari per l'attuazione dei processi di emostasi.
