Nucleul celular

diagrama nucleului care prezintă membrana nucleară exterioară cu ribozomi, porii nucleari, ADN (complexat ca cromatină) și nucleolul.nucleul conține aproape tot ADN-ul celulei, înconjurat de o rețea de filamente intermediare fibroase și învelit într-o membrană dublă numită „înveliș nuclear”. Învelișul nuclear separă fluidul din interiorul nucleului, numit nucleoplasmă, de restul celulei., Dimensiunea nucleului depinde de dimensiunea celulei în care este conținută, cu un nucleu care ocupă de obicei aproximativ 8% din volumul total al celulei. Nucleul este cea mai mare organelle din celulele animale.: 12 în celulele mamiferelor, diametrul mediu al nucleului este de aproximativ 6 micrometri (µm).învelișul Nuclear și porii nucleari

învelișul nuclear este format din două membrane, o membrană nucleară interioară și una exterioară.,: 649 împreună, aceste membrane servesc la separarea materialului genetic al celulei de restul conținutului celulei și permit nucleului să mențină un mediu distinct de restul celulei. În ciuda apoziției lor apropiate în jurul unei mari părți a nucleului, cele două membrane diferă substanțial în formă și conținut. Membrana interioară înconjoară conținutul nuclear, oferind marginea sa definitorie.: 14 înglobate în membrana interioară, diferite proteine leagă filamentele intermediare care dau nucleului structura sa.,: 649 membrana exterioară Închide membrana interioară și este continuă cu membrana reticulului endoplasmatic adiacent.: 649 ca parte a membranei reticulului endoplasmatic, membrana nucleară exterioară este împânzită cu ribozomi care traduc în mod activ proteinele pe membrană.: 649 spațiul dintre cele două membrane, numit „spațiu perinuclear”, este continuu cu lumenul reticulului endoplasmatic.: 649

porii nucleari, care furnizează canale apoase prin plic, sunt compuse din mai multe proteine, denumite colectiv nucleoporine., Porii sunt aproximativ 60-80 milioane daltoni în greutate moleculară și constau din aproximativ 50 (în drojdie) până la câteva sute de proteine (la vertebrate).: 622-4 porii au diametrul total de 100 nm; cu toate acestea, decalajul prin care moleculele difuzează liber este de numai aproximativ 9 nm lățime, datorită prezenței sistemelor de reglementare în centrul porilor. Această dimensiune permite selectiv trecerea moleculelor mici solubile în apă, împiedicând în același timp moleculele mai mari, cum ar fi acizii nucleici și proteinele mai mari, să intre sau să iasă necorespunzător din nucleu., Aceste molecule mari trebuie transportate în mod activ în nucleu. Nucleul unei celule tipice de mamifere va avea aproximativ 3000 până la 4000 de pori de-a lungul plicului său, fiecare conținând o structură în formă de inel opt ori simetrică într-o poziție în care membranele interioare și exterioare fuzionează. Atașat la inel este o structură numită coș nuclear care se extinde în nucleoplasmă și o serie de extensii filamentoase care ajung în citoplasmă. Ambele structuri servesc la medierea legării la proteinele de transport nuclear.,Cele mai multe proteine, subunități ribozomale și unele ARN-uri sunt transportate prin complexele porilor într-un proces mediat de o familie de factori de transport cunoscuți sub numele de karyopherine. Cei karyopherins care mediază circulație în nucleu sunt, de asemenea, numit importins, întrucât cei care mediază circulație din nucleu se numește exportins. Majoritatea karyoferinelor interacționează direct cu încărcătura lor, deși unii folosesc proteine adaptoare., Hormonii steroizi, cum ar fi cortizolul și aldosteronul, precum și alte molecule mici solubile în lipide implicate în semnalizarea intercelulară, pot difuza prin membrana celulară și în citoplasmă, unde leagă proteinele receptorilor nucleari care sunt traficate în nucleu. Acolo ei servesc ca factori de transcripție atunci când sunt legați de ligandul lor; în absența unui ligand, mulți astfel de receptori funcționează ca deacetilaze histone care reprimă expresia genelor.,:488

lamina Nucleară

În celulele animale, două rețele de filamente intermediare oferi nucleu cu suport mecanic: lamina nucleară forme organizate meshwork pe fața internă a anvelopei, în timp ce mai puțin organizat de sprijin este oferit pe citosolic fata de plic. Ambele sisteme oferă suport structural pentru învelișul nuclear și locurile de ancorare pentru cromozomi și pori nucleari.

lamina nucleară este compusă în cea mai mare parte din proteine laminate., Ca toate proteinele, laminele sunt sintetizate în citoplasmă și ulterior transportate în interiorul nucleului, unde sunt asamblate înainte de a fi încorporate în rețeaua existentă de lamină nucleară. Lamins găsit pe citosolic fata a membranei, cum ar fi emerin și nesprin, se leagă la citoscheletului pentru a oferi sprijin structural. Lamins sunt, de asemenea, găsite în nucleoplasm unde formează un alt regulat structură, cunoscute ca nucleoplasmic voal, care este vizibil folosind microscopia de fluorescență., Funcția reală a vălului nu este clară, deși este exclusă din nucleol și este prezentă în timpul interfazei. Structurile laminate care alcătuiesc vălul, cum ar fi LEM3, leagă cromatina și perturbând structura lor inhibă transcripția genelor care codifică proteinele.ca și componentele altor filamente intermediare, monomerul lamin conține un domeniu alfa-elicoidal utilizat de doi monomeri pentru a se înfășura unul în jurul celuilalt, formând o structură dimer numită bobină înfășurată., Două dintre aceste structuri dimer se alătură apoi una lângă alta, într-un aranjament antiparalel, pentru a forma un tetramer numit protofilament. Opt dintre aceste protofilamente formează un aranjament lateral care este răsucit pentru a forma un filament ropelike. Aceste filamente pot fi asamblate sau dezasamblate într-o manieră dinamică, ceea ce înseamnă că modificările lungimii filamentului depind de ratele concurente de adăugare și îndepărtare a filamentului.

mutațiile genelor lamin care duc la defecte în asamblarea filamentului provoacă un grup de tulburări genetice rare cunoscute sub numele de laminopatii., Laminopatia cea mai notabilă este familia bolilor cunoscute sub numele de progeria, care provoacă apariția îmbătrânirii premature la suferinzi. Mecanismul exact prin care modificările biochimice asociate dau naștere fenotipului îmbătrânit nu este bine înțeles.

Cromozomi

nucleul celular conține majoritatea materialului genetic al celulei sub formă de molecule ADN liniare multiple organizate în structuri numite cromozomi. Fiecare celulă umană conține aproximativ doi metri de ADN.: 405 în cea mai mare parte a ciclului celular, acestea sunt organizate într-un complex ADN-proteină cunoscut sub numele de cromatină, iar în timpul diviziunii celulare cromatina poate fi văzută pentru a forma cromozomii bine definiți familiari dintr-un cariotip., O mică parte din genele celulei sunt localizate în loc în mitocondrii.: 438

există două tipuri de cromatină. Euchromatina este forma ADN mai puțin compactă și conține gene care sunt frecvent exprimate de celulă. Celălalt tip, heterochromatin, este forma mai compactă și conține ADN care este rareori transcris., Această structură este în continuare clasificate în facultative heterochromatin, format din gene care sunt organizate ca heterochromatin numai în anumite tipuri de celule sau la anumite etape de dezvoltare, și constitutiv heterochromatin care constă din cromozomiale structurale componente, cum ar fi telomerii și centromeres. În timpul interfazei cromatina se organizează în patch-uri individuale discrete, numite teritorii cromozomiale. Genele Active, care se găsesc în general în regiunea euchromatică a cromozomului, tind să fie localizate spre limita teritoriului cromozomului.,anticorpii la anumite tipuri de organizare a cromatinei, în special nucleozomii, au fost asociați cu o serie de boli autoimune, cum ar fi lupusul eritematos sistemic. Acestea sunt cunoscute sub numele de anticorpi anti-nucleari (ANA) și au fost, de asemenea, observate împreună cu scleroza multiplă ca parte a disfuncției generale a sistemului imunitar.,

Nucleol

nucleol este cea mai mare dintre cele discrete dens colorate, membraneless structuri cunoscute ca organisme nucleare se găsește în nucleu. Se formează în jurul repetițiilor tandem ale ADNR, ADN care codifică ARN ribozomal (ARNr). Aceste regiuni sunt numite regiuni organizator nucleolare (NOR)., Principalele roluri ale nucleolului sunt sintetizarea ARNr și asamblarea ribozomilor. Structurale de coeziune a nucleol depinde de activitatea sa, ca ribozomale de asamblare în nucleol rezultate in tranzitorii asociere de nucleolar componente, facilitând în continuare ribozomale de asamblare, și, prin urmare, în continuare asociația. Acest model este susținut de observațiile că inactivarea ADNR are ca rezultat amestecarea structurilor nucleolare.în prima etapă a asamblării ribozomilor, o proteină numită ARN polimerază i transcrie ADNR, care formează un precursor pre-rRNA mare., Acest lucru este despicat în două mari arnr subunități – de 5,8 S, 28S, și o mică arnr subunitate 18.:328 transcriere, post-transcripțional de prelucrare și de asamblare de arnr apare în nucleol, ajutat de mic nucleolar ARN (snoRNA) molecule, dintre care unele sunt derivate din îmbinat introni de messenger RNAs codare gene legate de ribozomale funcție. Subunitățile ribozomale asamblate sunt cele mai mari structuri trecute prin porii nucleari.,:526

atunci Când a observat sub microscop, nucleol poate fi văzut să constea din trei regiuni distincte: cea mai intime fibrilare centre (FCs), înconjurat de dens componentei fibrilare (DFC) (care conține fibrillarin și nucleolin), care la rândul său este marginita de granulare componentă (GC) (care conține proteine nucleophosmin). Transcrierea ADNR are loc fie în FC, fie la limita FC-DFC și, prin urmare, atunci când transcrierea ADNR în celulă este crescută, se detectează mai multe FCs., Majoritatea scindării și modificării ARNr are loc în DFC, în timp ce ultimele etape care implică asamblarea proteinelor pe subunitățile ribozomale apar în GC.

alte corpuri nucleare

pe lângă nucleol, nucleul conține o serie de alte corpuri nucleare. Acestea includ Cajal organisme, gemeni de Cajal organisme, polimorfe interfază karyosomal de asociere (PIKA), leucemia promielocitara (PML) organismele, paraspeckles, și despicare pete., Deși se știe puțin despre o serie de aceste domenii, ele sunt semnificative prin faptul că arată că nucleoplasma nu este un amestec uniform, ci mai degrabă conține subdomenii funcționale organizate.alte structuri subnucleare apar ca parte a proceselor anormale ale bolii. De exemplu, prezența tijelor intranucleare mici a fost raportată în unele cazuri de miopatie nemalină. Această afecțiune rezultă de obicei din mutații în actină, iar tijele în sine constau din actină mutantă, precum și alte proteine citoscheletice.,

corpuri Cajale și pietre

un nucleu conține de obicei între una și zece structuri compacte numite corpuri Cajale sau corpuri spiralate (CB), al căror diametru măsoară între 0,2 µm și 2,0 µm în funcție de tipul și specia celulei. Când sunt văzute sub un microscop electronic, ele seamănă cu bile de fir încurcat și sunt focare dense de distribuție pentru proteina coilin. CBs sunt implicate într-un număr de diferite roluri legate de ARN de prelucrare, în special mici de ARN nucleolar (snoRNA) și ARN nuclear mic (snRNA) maturarea și histone arnm modificare.,

similar cu corpurile Cajal sunt gemeni de corpuri Cajal, sau pietre, al căror nume este derivat din constelația Gemeni cu referire la relația lor strânsă „gemene” cu CBs. Pietrele prețioase sunt similare ca mărime și formă cu CBs și, de fapt, sunt practic indistinguizabile sub microscop. Spre deosebire de CBs, pietre nu conține mici nucleare ribonucleoproteins (snRNPs), dar conțin o proteină numită supraviețuire de neuron motor (RMS) a cărui funcție se referă la snRNP biogeneza., Se crede că pietrele prețioase ajută CBs în biogeneza snRNP, deși s-a sugerat, de asemenea, din dovezile de microscopie că CBS și pietrele prețioase sunt manifestări diferite ale aceleiași structuri. Mai târziu ultrastructurale studiile au arătat pietre pentru a fi gemeni de Cajal organisme cu diferența fiind în coilin componente; Cajal organisme sunt RMS pozitive și coilin pozitiv, și pietre prețioase sunt RMS pozitive și coilin negative.domeniile PIKA sau asociațiile cariosomale interfazice polimorfe au fost descrise pentru prima dată în studiile de microscopie în 1991., Funcția lor rămâne neclară, deși nu s-a crezut că sunt asociate cu replicarea activă a ADN-ului, transcripția sau procesarea ARN-ului. S-a constatat că acestea se asociază adesea cu domenii discrete definite prin localizarea densă a factorului de transcripție PTF, care promovează transcripția ARN-ului nuclear mic (snRNA).corpurile leucemiei Promielocitare (corpurile LMP) sunt corpuri sferice care se găsesc împrăștiate în nucleoplasmă, măsurând în jur de 0,1–1,0 µm., Acestea sunt cunoscute printr-o serie de alte nume, inclusiv domeniul nuclear 10 (ND10), organismele Kremer și domeniile oncogene LMP. Corpurile LMP sunt numite după una dintre componentele lor majore, proteina leucemiei promielocitare (LMP). Ele sunt adesea observate în nucleu în asociere cu corpurile Cajale și corpurile de scindare. LMP – / – șoarecii, care nu sunt capabili să creeze corpuri LMP, se dezvoltă în mod normal fără efecte evidente, arătând că corpurile LMP nu sunt necesare pentru majoritatea proceselor biologice esențiale.,

Despicare pete

Pete sunt subnuclear structuri care sunt îmbogățite în pre-ARN mesager despicare factori și sunt situate în interchromatin regiuni ale nucleoplasm de celule de mamifere. La nivelul microscopului fluorescent, ele apar ca structuri neregulate, punctate, care variază ca mărime și formă, iar atunci când sunt examinate prin microscopie electronică, ele sunt văzute ca grupuri de granule interchromatine., Speckles sunt structuri dinamice și atât componentele proteice, cât și ARN-proteine pot circula continuu între speckles și alte locații nucleare, inclusiv site-uri active de transcriere. Studii privind compoziția, structura și comportamentul pete au furnizat un model pentru înțelegerea compartimentarea funcțională a nucleului și organizarea de gene-exprimare utilaje despicare snRNPs și alte despicare proteine necesare pentru pre-arnm de prelucrare., Datorită cerințelor în schimbare ale unei celule, compoziția și localizarea acestor corpuri se modifică în funcție de transcripția ARNm și reglarea prin fosforilarea proteinelor specifice. Petele de îmbinare sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de pete nucleare (pete nucleare), compartimente de factor de îmbinare (compartimente SF), clustere de granule interchromatin (IGC) și snurposomi B.Snurpozomii B se găsesc în nucleele ovocitului amfibian și în embrionii Drosophila melanogaster. B snurposomes apărea singur sau atașat la Cajal organisme în micrografii electronice de amfibieni nuclee., IGC funcționează ca site-uri de stocare pentru factorii de despicare.

Paraspeckles

Descoperit de Fox et al. în 2002, paraspeckles sunt compartimente în formă neregulată în spațiul interchromatin al nucleului. În primul rând documentate în celulele HeLa, în cazul în care există, în general, 10-30 per nucleu, paraspeckles sunt acum cunoscute de a exista, de asemenea, în toate celulele primare umane, linii celulare transformate, și secțiuni de țesut., Numele lor este derivat din distribuția lor în nucleu; „para” este prescurtarea de la paralel și „speckles” se referă la speckles despicare la care acestea sunt întotdeauna în imediata apropiere.

Paraspeckles sechestrează proteinele nucleare și ARN și astfel par să funcționeze ca un burete molecular care este implicat în reglarea expresiei genelor. Mai mult, paraspeckles sunt structuri dinamice care sunt modificate ca răspuns la modificările activității metabolice celulare., Acestea sunt transcriere dependente și în absența ARN Pol II transcriere, paraspeckle dispare și toate ale sale asociate componente proteice (PSP1, p54nrb, PSP2, CFI(m)68, și PSF) formează un semicerc în formă de perinucleolar pac în nucleol. Acest fenomen este demonstrat în timpul ciclului celular. În ciclul celular, parazpeckles sunt prezente în timpul interfazei și în timpul tuturor mitozei, cu excepția telofazei. În timpul telofazei, când se formează cele două nuclee fiice, nu există transcripție ARN Pol II, astfel încât componentele proteice formează în schimb un capac perinucleolar.,

Perichromatin fibrile

Perichromatin fibrile sunt vizibile numai la microscopul electronic. Acestea sunt situate lângă cromatina activă transcripțional și sunt ipotezate a fi locurile de procesare activă pre-ARNm.Clastozomii sunt corpuri nucleare mici (0,2-0,5 µm) descrise ca având o formă inelară groasă datorită capsulei periferice din jurul acestor corpuri. Acest nume este derivat din corpul grecesc klastos, broken și soma. Clastosomii nu sunt de obicei prezenți în celulele normale, ceea ce le face greu de detectat., Ele se formează în condiții proteolitice ridicate în nucleu și se degradează odată ce există o scădere a activității sau dacă celulele sunt tratate cu inhibitori de proteazom. Deficitul de clastosomi din celule indică faptul că acestea nu sunt necesare pentru funcția proteazomilor. Stresul Osmotic a fost, de asemenea, dovedit a provoca formarea de clastosomi. Aceste corpuri nucleare conțin subunități catalitice și de reglementare ale proteazomului și ale substraturilor sale, indicând faptul că clastosomii sunt site-uri pentru degradarea proteinelor.