CELLEKERNEN: EGENSKABER, FUNKTIONER, STRUKTUR - BIOLOGI - 2025

Den cellekernen er et grundlæggende rum af eukaryote celler. Det er den mest iøjnefaldende struktur af denne celletype og har det genetiske materiale. Den dirigerer alle cellulære processer: den indeholder alle instruktioner kodet i DNA til at udføre de nødvendige reaktioner. Det er involveret i processerne inden for celledeling.

Alle eukaryote celler har en kerne bortset fra et par specifikke eksempler, såsom modne røde blodlegemer (erythrocytter) i pattedyr og floemeceller i planter. Tilsvarende er der celler med mere end en kerne, såsom nogle muskelceller, hepatocytter og neuroner.

Kernen blev opdaget i 1802 af Franz Bauer; I 1830 observerede videnskabsmanden Robert Brown også denne struktur og blev populær som dens største opdager. På grund af sin store størrelse kan det tydeligt observeres under et mikroskop. Derudover er det en let farvningsstruktur.

Kernen er ikke en homogen og statisk sfærisk enhed med spredt DNA. Det er en kompleks og kompliceret struktur med forskellige komponenter og dele inde. Derudover er det dynamisk og ændres konstant gennem hele cellecyklussen.

egenskaber

Kernen er den vigtigste struktur, der tillader differentiering mellem eukaryote og prokaryote celler. Det er det største celle rum. Generelt er kernen tæt på midten af ​​cellen, men der er undtagelser, såsom plasmaceller og epitelceller.

Det er en kugleformet organel med gennemsnitligt ca. 5 um i diameter, men kan nå 12 um, afhængigt af celletypen. Jeg kan optage ca. 10% af det samlede cellevolumen.

Den har en nukleare konvolut dannet af to membraner, der adskiller den fra cytoplasmaet. Det genetiske materiale er organiseret sammen med proteiner deri.

På trods af det faktum, at der ikke er andre membranøse underafdelinger i kernen, kan en række komponenter eller regioner i strukturen, der har specifikke funktioner, skelnes.

Funktioner

Kernen tilskrives et ekstraordinært antal funktioner, da den indeholder indsamlingen af ​​al den genetiske information om cellen (ekskl. Mitochondrial DNA og chloroplast-DNA) og leder processerne for celledeling. I sammendraget er hovedfunktionerne i kernen som følger:

Genregulering

Eksistensen af ​​en lipidbarriere mellem det genetiske materiale og resten af ​​de cytoplasmatiske komponenter hjælper med at reducere interferensen af ​​andre komponenter i funktionen af ​​DNA. Dette repræsenterer en evolutionær innovation af stor betydning for grupper af eukaryoter.

Skæring og splejsning

Splejsningsprocessen med messenger RNA forekommer i kernen, før molekylet bevæger sig til cytoplasmaet.

Formålet med denne proces er eliminering af introner ("stykker" af genetisk materiale, der ikke koder, og som afbryder eksonerne, områder, der koder) fra RNA. Senere forlader RNA kernen, hvor den oversættes til proteiner.

Der er andre mere specifikke funktioner i hver kernestruktur, som vil blive diskuteret senere.

Struktur og sammensætning

Kernen består af tre definerede dele: kernekonvolutten, kromatinet og kernen. Vi beskriver hver struktur i detaljer nedenfor:

Nuklear konvolut

Kernekonvolutten er sammensat af membraner af lipid karakter og adskiller kernen fra resten af ​​de cellulære komponenter. Denne membran er dobbelt, og mellem disse er der et lille rum kaldet det perinukleære rum.

Det indre og ydre membransystem danner en kontinuerlig struktur med det endoplasmatiske retikulum

Dette membransystem afbrydes af en række porer. Disse nukleare kanaler tillader udveksling af materiale med cytoplasmaet, fordi kernen ikke er fuldstændigt isoleret fra resten af ​​komponenterne.

Kerneporekompleks

Gennem disse porer foregår udvekslingen af ​​stoffer på to måder: passiv uden behov for energiudgifter; eller aktiv med energiudgifter. Passivt kan små molekyler såsom vand eller salte, mindre end 9 nm eller 30-40 kDa, komme ind og forlade.

Dette sker i modsætning til molekyler med høj molekylvægt, som kræver ATP (energi-adenosin-triphosphat) for at bevæge sig gennem disse rum. Store molekyler inkluderer stykker af RNA (ribonukleinsyre) eller andre biomolekyler af en proteinart.

Porer er ikke blot huller, som molekyler passerer gennem. Det er store proteinstrukturer, der kan indeholde 100 eller 200 proteiner og kaldes "kerneporekompleks". Strukturelt set ligner det en basketballbøjle. Disse proteiner kaldes nucleoporiner.

Dette kompleks er fundet i et stort antal organismer: fra gær til mennesker. Ud over den cellulære transportfunktion er den også involveret i reguleringen af ​​genekspression. De er en uundværlig struktur for eukaryoter.

Med hensyn til størrelse og antal kan komplekset nå en størrelse på 125 MDa i hvirveldyr, og en kerne i denne dyregruppe kan have omkring 2000 porer. Disse egenskaber varierer afhængigt af det undersøgte taxon.

kromatin

Kromatin findes i kernen, men vi kan ikke betragte det som et rum i det. Det er navngivet efter sin fremragende evne til farve og observeres under mikroskopet.

DNA er et ekstremt langt lineært molekyle i eukaryoter. Dets komprimering er en nøgleproces. Det genetiske materiale er forbundet med en række proteiner kaldet histoner, som har en høj affinitet for DNA. Der er også andre typer proteiner, der kan interagere med DNA, og de er ikke histoner.

I histoner rulles DNA op og danner kromosomer. Dette er dynamiske strukturer og findes ikke konstant i deres typiske form (X'erne og Y'erne, som vi er vant til at se på illustrationer i bøger). Dette arrangement vises kun under processerne med celledeling.

I de øvrige trin (når cellen ikke er i ferd med at dele sig) kan de individuelle kromosomer ikke skelnes. Denne kendsgerning antyder ikke, at kromosomer er homogent eller uordentligt spredt gennem kernen.

På grænsefladen er kromosomerne organiseret i specifikke domæner. I pattedyrceller optager hvert kromosom et specifikt "territorium".

Kromatintyper

Der kan skelnes mellem to typer chromatin: heterochromatin og euchromatin. Den første er stærkt kondenseret og er placeret i periferien af ​​kernen, så transkriptionsmaskineriet ikke har adgang til disse gener. Euchromatin er organiseret mere løst.

Heterochromatin er opdelt i to typer: konstitutiv heterochromatin, der aldrig udtrykkes; og fakultativ heterochromatin, som ikke transkriberes i nogle celler og er i andre.

Det mest berømte eksempel på heterochromatin som regulator for genekspression er kondensation og inaktivering af X-kromosomet. Hos pattedyr har kvinder XX-kønskromosomer, mens mænd er XY.

Af hensyn til gendosering kan kvinder ikke have dobbelt så mange gener i X som mænd. For at undgå denne konflikt inaktiveres et X-kromosom tilfældigt (bliver heterochromatin) i hver celle.

nukleolus

Kernen er en meget relevant indre struktur i kernen. Det er ikke et rum afgrænset af membranstrukturer, det er et mørkere område af kernen med specifikke funktioner.

De gener, der koder for ribosomalt RNA, transkriberet af RNA-polymerase I, er grupperet i dette område.I humant DNA findes disse gener i satellitterne til følgende kromosomer: 13, 14, 15, 21 og 22. Disse er nukleolære arrangører.

Til gengæld adskilles nucleolus i tre adskilte regioner: fibrillecentre, fibrillarkomponenter og granulære komponenter.

Nylige undersøgelser har samlet mere og mere bevis for mulige yderligere funktioner af nucleolus, ikke kun begrænset til syntesen og samlingen af ​​ribosomalt RNA.

Det antages i øjeblikket, at nucleolus kan være involveret i samlingen og syntesen af ​​forskellige proteiner. Post-transkriptionelle ændringer er også påvist i denne nukleare zone.

Kernen er også involveret i regulatoriske funktioner. En undersøgelse viste, hvordan det var relateret til tumorundertrykkende proteiner.

Cajals kroppe

Cajallegemer (også kaldet opviklede kroppe) bærer dette navn til ære for deres opdager, Santiago Ramón y Cajal. Denne forsker observerede disse kropuskler i neuroner i 1903.

Det er små strukturer i form af kugler og findes fra 1 til 5 kopier pr. Kerne. Disse organer er meget komplekse med et ret stort antal komponenter, herunder disse transkriptionsfaktorer og splejsningsrelaterede maskiner.

Disse sfæriske strukturer er fundet i forskellige dele af kernen, da de er mobile strukturer. De findes generelt i nukleoplasma, selvom de i kræftceller er fundet i nukleolusen.

Der er to typer bokslegemer i kernen, klassificeret efter deres størrelse: store og små.

PML-organer

PML-organer (promyelocytisk leukæmi) er små sfæriske subnukleære områder af klinisk betydning, da de har været forbundet med virusinfektioner og onkogenese.

De er kendt af en række navne i litteraturen, såsom nuklear domæne 10, Kremer-organer og PML-onkogene domæner.

En kerne har 10 til 30 af disse domæner og har en diameter på 0,2 til 1,0 um. Blandt dens funktioner skiller reguleringen af ​​gener og RNA-syntese sig ud.

Referencer

1. Adam, SA (2001). Det nukleare porekompleks. Genom biologi, 2 (9), anmeldelser0007.1-anmeldelser0007.6.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: liv på jorden. Pearson uddannelse.
3. Boisvert, FM, Hendzel, MJ, & Bazett-Jones, DP (2000). Promyelocytisk leukæmi (PML) nukleare organer er proteinstrukturer, der ikke akkumulerer RNA. Journal of cell biology, 148 (2), 283-292.
4. Busch, H. (2012). Cellekernen. Elsevier.
5. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylær tilgang. Sunderland, MA: Sinauer-associerede virksomheder.
6. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biologi. Panamerican Medical Ed.
7. Dundr, M., & Misteli, T. (2001). Funktionel arkitektur i cellekernen. Biochemical Journal, 356 (2), 297-310.
8. Eynard, AR, Valentich, MA, & Rovasio, RA (2008). Mennesketets histologi og embryologi: cellulære og molekylære baser. Panamerican Medical Ed.
9. Hetzer, MW (2010). Atomkonvolutten. Cold Spring Harbour-perspektiver i biologi, 2 (3), a000539.
10. Kabachinski, G., & Schwartz, TU (2015). Det nukleare porekompleks - struktur og funktion med et øjeblik. Journal of Cell Science, 128 (3), 423-429.
11. Montaner, AT (2002). Cajals tilbehørskrop. Rev esp patol, 35, (4), 529-532.
12. Newport, JW, & Forbes, DJ (1987). Kernen: struktur, funktion og dynamik. Årlig gennemgang af biokemi, 56 (1), 535-565.