Caratteristiche, funzioni, struttura e composizione del nucleo cellulare

il nucleo cellulare è un compartimento fondamentale delle cellule eucariotiche. È la struttura più cospicua di questo tipo di cellule e ha il materiale genetico. Dirige tutti i processi cellulari: contiene tutte le istruzioni codificate nel DNA per eseguire le reazioni necessarie. È coinvolto nei processi di divisione cellulare.

Tutte le cellule eucariotiche hanno un nucleo, ad eccezione di alcuni esempi specifici come maturi globuli rossi (eritrociti) nei mammiferi e le cellule del floema nelle piante. Allo stesso modo, ci sono cellule con più di un nucleo, come alcune cellule muscolari, epatociti e neuroni.

Il nucleo fu scoperto nell'anno 1802 da Franz Bauer; Tuttavia, nel 1830 lo scienziato Robert Brown osservò questa struttura e divenne popolare come suo principale scopritore. A causa delle sue grandi dimensioni, può essere osservato chiaramente al microscopio. Inoltre, è una struttura di facile colorazione.

Il nucleo non è un'entità sferica omogenea e statica con DNA disperso. È una struttura complessa e complessa con diversi componenti e parti all'interno. Inoltre, è dinamico e cambia costantemente durante il ciclo cellulare.

indice

• 1 caratteristiche
• 2 funzioni
  • 2.1 Regolamento genetico
  • 2.2 Taglio e giunzione
• 3 Struttura e composizione
  • 3.1 Inviluppo nucleare
  • 3.2 Complesso dei pori nucleari
  • 3.3 Chromatin
  • 3.4 Nucléolo
  • 3.5 Corpo di Cajal
  • 3.6 corpi di PML
• 4 riferimenti

lineamenti

Il nucleo è la struttura principale che consente la differenziazione tra cellule eucariotiche e procariotiche. È il più grande compartimento cellulare. Generalmente, il nucleo è vicino al centro della cellula, ma ci sono delle eccezioni, come le plasmacellule e le cellule epiteliali.

È un organello a forma di sfera di circa 5 μm di diametro in media, ma può raggiungere 12 μm, a seconda del tipo di cellula. Posso occupare circa il 10% del volume totale delle celle.

Ha un involucro nucleare formato da due membrane che lo separa dal citoplasma. Il materiale genetico è organizzato insieme a proteine ​​al suo interno.

Nonostante il fatto che all'interno del nucleo non ci siano altri sottocompartimenti membranosi, se è possibile distinguere una serie di componenti o regioni all'interno della struttura che hanno funzioni specifiche.

funzioni

Il nucleo sono attribuiti uno straordinario numero di funzioni, e contenente il corpo di tutte le informazioni genetiche della cellula (escluso il DNA mitocondriale e DNA cloroplasti) e dirige i processi di divisione cellulare. In sintesi, le principali funzioni del core sono le seguenti:

Regolazione genica

L'esistenza di una barriera lipidica tra il materiale genetico e il resto dei componenti citoplasmatici aiuta a ridurre l'interferenza di altri componenti nel funzionamento del DNA. Ciò rappresenta un'innovazione evolutiva di grande importanza per gruppi di eucarioti.

Taglia e unisci

Il processo di splicing dell'RNA messaggero avviene nel nucleo, prima che la molecola si sposti al citoplasma.

L'obiettivo di questo processo è l'eliminazione di introni ("pezzi" di materiale genetico che non codificano e che interrompono gli esoni, aree che codificano) di RNA. Successivamente l'RNA lascia il nucleo, dove viene tradotto in proteine.

Ci sono altre funzioni più specifiche di ciascuna struttura principale che verranno discusse in seguito.

Struttura e composizione

Il nucleo consiste di tre parti definite: l'involucro nucleare, la cromatina e il nucleolo. Di seguito descriveremo in dettaglio ogni struttura:

Busta nucleare

L'involucro nucleare è composto da membrane di natura lipidica e separa il nucleo dal resto dei componenti cellulari. Questa membrana è doppia e tra questi c'è un piccolo spazio chiamato spazio perinucleare.

Il sistema di membrana interno ed esterno forma una struttura continua con il reticolo endoplasmatico

Questo sistema a membrana è interrotto da una serie di pori. Questi canali nucleari consentono lo scambio di materiale con il citoplasma perché il nucleo non è completamente isolato dal resto dei componenti.

Complesso di pori nucleari

Attraverso questi pori, lo scambio di sostanze avviene in due modi: passivo, senza necessità di dispendio energetico; o attivo, con dispendio energetico. Passivamente, piccole molecole come acqua o sali possono entrare ed uscire, meno di 9 nm o 30-40 kDa.

Ciò si verifica in contrasto con molecole ad alto peso molecolare, che richiedono ATP (energia-adenosina trifosfato) per viaggiare attraverso questi compartimenti. Le grandi molecole comprendono pezzi di RNA (acido ribonucleico) o altre biomolecole di natura proteica.

I pori non sono semplicemente fori attraverso i quali passano le molecole. Le proteine ​​sono strutture di dimensioni importanti, che possono contenere 100 o 200 proteine ​​e sono chiamate "complesso dei pori nucleari". Strutturalmente, assomiglia molto a un canestro da basket. Queste proteine ​​sono chiamate nucleoporine.

Questo complesso è stato trovato in un gran numero di organismi: dai lieviti all'uomo.Oltre alla funzione di trasporto cellulare, è anche coinvolto nella regolazione dell'espressione genica. Sono una struttura indispensabile per gli eucarioti.

In termini di dimensioni e numero, il complesso può contenere una dimensione di 125 MDa nei vertebrati e un nucleo in questo gruppo animale può contenere circa 2000 pori. Queste caratteristiche variano a seconda del taxon studiato.

cromatina

La cromatina si trova nel nucleo, ma non possiamo considerarla come un compartimento del nucleo. Riceve questo nome per l'eccellente capacità di colorare ed essere osservato al microscopio.

Il DNA è una molecola lineare estremamente lunga negli eucarioti. La sua compattazione è un processo chiave. Il materiale genetico è associato a una serie di proteine ​​chiamate istoni, che hanno un'alta affinità per il DNA. Esistono anche altri tipi di proteine ​​che possono interagire con il DNA e non sono istoni.

Negli istoni, il DNA si arrotola e forma i cromosomi. Queste sono strutture dinamiche e non si trovano costantemente nella loro forma tipica (le X e Y che siamo abituati ad osservare nelle illustrazioni dei libri). Questa disposizione appare solo durante i processi di divisione cellulare.

Nel resto degli stadi (quando la cellula non è nel processo di divisione), i singoli cromosomi non possono essere distinti. Questo fatto non suggerisce che i cromosomi siano dispersi in modo omogeneo o disordinato dal nucleo.

All'interfaccia, i cromosomi sono organizzati in domini specifici. Nelle cellule di mammifero, ciascun cromosoma occupa uno specifico "territorio".

Tipi di cromatina

Si possono distinguere due tipi di cromatina: eterocromatina ed eucromatina. Il primo è altamente condensato e si trova nella periferia del nucleo, quindi i meccanismi di trascrizione non hanno accesso a questi geni. L'eucromatina è organizzata più liberamente.

L'eterocromatina è divisa in due tipi: l'eterocromatina costitutiva, che non è mai espressa; eterocromatina facoltativa, che non è trascritta in alcune cellule e in altre sì.

L'esempio più famoso di eterocromatina come regolatore dell'espressione genica è la condensazione e l'inattivazione del cromosoma X. Nei mammiferi, le femmine hanno XX cromosomi sessuali, mentre i maschi sono XY.

Per ragioni di dosaggio genico, le femmine non possono avere il doppio dei geni in X rispetto ai maschi. Per evitare questo conflitto, un cromosoma X viene inattivato (diventando eterocromatina) in modo casuale in ogni cellula.

nucleolo

Il nucleolo è una struttura interiore molto rilevante. Non è un compartimento delimitato da strutture membranose, è una zona più scura del nucleo con funzioni specifiche.

In quest'area sono raggruppati i geni che codificano per RNA ribosomiale, trascritti dalla RNA polimerasi I. Nel DNA umano questi geni si trovano nei satelliti dei seguenti cromosomi: 13, 14, 15, 21 e 22. Questi sono gli organizzatori nucleolari.

A sua volta, il nucleolo è separato in tre regioni discrete: centri fibrillari, componenti fibrillari e componenti granulari.

Studi recenti hanno accumulato sempre più prove di possibili funzioni aggiuntive del nucleolo, non solo limitate alla sintesi e all'assemblaggio dell'RNA ribosomiale.

Attualmente si ritiene che il nucleolo possa essere coinvolto nell'assemblaggio e nella sintesi di diverse proteine. Modifiche post-trascrizionali sono state evidenziate anche in questa zona nucleare.

Il nucleolo è anche coinvolto in funzioni normative. Uno studio ha mostrato come fosse correlato alle proteine ​​soppressore del tumore.

Corpo di Cajal

I corpi di Cajal (anche chiamato corpi arrotolati) sono nominati in onore del suo scopritore, Santiago Ramón y Cajal. Questo ricercatore ha osservato questi corpuscoli nei neuroni nell'anno 1903.

Sono piccole strutture sotto forma di sfere e ci sono da 1 a 5 copie per nucleo. Questi corpi sono molto complessi con un numero piuttosto elevato di componenti, tra questi fattori di trascrizione e macchinari relativi al splicing.

Queste strutture sferiche sono state trovate in diverse parti del nucleo, poiché sono strutture mobili. Di solito si trovano nel nucleoplasma, sebbene cellule tumorali siano state trovate nel nucleolo.

Ci sono due tipi di corpi di scatole nel nucleo, classificati in base alla loro dimensione: grandi e piccoli.

Corpi PML

I corpi del PML (per il suo acronimo in inglese, leucemia promielocitica) sono piccole zone sferiche subnucleari con importanza clinica, poiché sono state correlate a infezioni virali e oncogenesi.

Nella letteratura sono noti con una varietà di nomi, come il dominio nucleare 10, i corpi di Kremer e i domini PML oncogeni.

Un nucleo possiede da 10 a 30 di questi domini e ha un diametro compreso tra 0,2 e 1,0 μm. Le sue funzioni comprendono la regolazione dei geni e la sintesi dell'RNA.

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