Cellulaire kernfuncties, functies, structuur en samenstelling

de celkern het is een fundamenteel compartiment van eukaryote cellen. Het is de meest opvallende structuur van dit celtype en het heeft het genetische materiaal. Het stuurt alle cellulaire processen aan: het bevat alle instructies gecodeerd in het DNA om de nodige reacties uit te voeren. Het is betrokken bij de processen van celdeling.

Alle eukaryote cellen hebben een kern, met uitzondering van enkele specifieke voorbeelden, zoals volwassen rode bloedcellen (erytrocyten) in zoogdieren en floëemcellen in planten. Evenzo zijn er cellen met meer dan één kern, zoals sommige spiercellen, hepatocyten en neuronen.

De kern werd ontdekt in het jaar 1802 door Franz Bauer; Echter, in 1830 observeerde de wetenschapper Robert Brown deze structuur en werd populair als belangrijkste ontdekker. Vanwege zijn grote omvang kan het duidelijk onder een microscoop worden waargenomen. Bovendien is het een gemakkelijke kleuringsstructuur.

De kern is geen homogene en statische bolvormige entiteit met gedispergeerd DNA. Het is een complexe en ingewikkelde structuur met verschillende componenten en onderdelen erin. Bovendien is het dynamisch en verandert het constant gedurende de gehele celcyclus.

index

• 1 Kenmerken
• 2 functies
  • 2.1 Genregulatie
  • 2.2 Snijden en splitsen
• 3 Structuur en samenstelling
  • 3.1 Nucleaire envelop
  • 3.2 Complex van nucleaire porie
  • 3.3 Chromatin
  • 3.4 Nucleolus
  • 3.5 Corps of Cajal
  • 3.6 PML-lichamen
• 4 Referenties

features

De kern is de hoofdstructuur die de differentiatie mogelijk maakt tussen eukaryotische en prokaryote cellen. Het is het grootste celcompartiment. Over het algemeen bevindt de kern zich dicht bij het centrum van de cel, maar er zijn uitzonderingen, zoals plasmacellen en epitheelcellen.

Het is een bolvormige organel met een gemiddelde diameter van gemiddeld 5 μm, maar kan afhankelijk van het celtype 12 μm bereiken. Ik kan ongeveer 10% van het totale celvolume bezetten.

Het heeft een nucleaire envelop gevormd door twee membranen die het scheidt van het cytoplasma. Het genetisch materiaal is georganiseerd samen met eiwitten binnenin.

Ondanks het feit dat er binnenin de kern geen andere membraneuze subcompartimenten zijn, als men een reeks componenten of gebieden binnen de structuur kan onderscheiden die specifieke functies hebben..

functies

De kern krijgt een buitengewoon aantal functies toegewezen, omdat deze de verzameling van alle genetische informatie van de cel bevat (exclusief mitochondriaal DNA en chloroplast-DNA) en de celdelingprocessen stuurt. Samengevat zijn de belangrijkste functies van de kern de volgende:

Genregulatie

Het bestaan ​​van een lipidebarrière tussen het genetische materiaal en de rest van de cytoplasmatische componenten helpt de interferentie van andere componenten in het functioneren van DNA te verminderen. Dit vertegenwoordigt een evolutionaire innovatie van groot belang voor groepen eukaryoten.

Snijden en verbinden

Het proces van het splitsen van boodschapper-RNA vindt plaats in de kern, voordat het molecuul zich verplaatst naar het cytoplasma.

Het doel van dit proces is de eliminatie van introns ("stukken" van genetisch materiaal die niet coderen en die exons onderbreken, gebieden die coderen) van RNA. Vervolgens verlaat het RNA de kern, waar het wordt omgezet in eiwitten.

Er zijn andere meer specifieke functies van elke kernstructuur die later zullen worden besproken.

Structuur en samenstelling

De kern bestaat uit drie gedefinieerde delen: de nucleaire envelop, het chromatine en de nucleolus. Vervolgens zullen we elke structuur in detail beschrijven:

Nucleaire envelop

De nucleaire envelop bestaat uit membranen met een lipideaard en scheidt de kern van de rest van de cellulaire componenten. Dit membraan is dubbel en daartussen is een kleine ruimte die perinucleaire ruimte wordt genoemd.

Het interne en externe membraansysteem vormt een continue structuur met het endoplasmatisch reticulum

Dit membraansysteem wordt onderbroken door een reeks poriën. Deze nucleaire kanalen maken de uitwisseling van materiaal met het cytoplasma mogelijk omdat de kern niet volledig is geïsoleerd van de rest van de componenten.

Complex van nucleaire porie

Door deze poriën vindt de uitwisseling van stoffen op twee manieren plaats: passief, zonder de noodzaak van energieverbruik; of actief, met energieverbruik. Passief kan kleine moleculen zoals water of zouten, minder dan 9 nm of 30-40 kDa, binnengaan en verlaten.

Dit gebeurt in tegenstelling tot moleculen met hoog molecuulgewicht, die vereisen dat ATP (energie-adenosinetrifosfaat) door deze compartimenten beweegt. Grote moleculen omvatten stukjes RNA (ribonucleïnezuur) of andere biomoleculen met een eiwitaard.

Poriën zijn niet alleen gaten waar moleculen doorheen gaan. Eiwitten van een belangrijke grootte zijn structuren die 100 of 200 eiwitten kunnen bevatten en die "nucleair poriecomplex" worden genoemd. Structureel lijkt het min of meer op een basketbalmand. Deze eiwitten worden nucleoporines genoemd.

Dit complex is gevonden in een groot aantal organismen: van gisten tot mensen. Naast de celtransportfunctie is het ook betrokken bij de regulatie van genexpressie. Ze zijn een onmisbare structuur voor eukaryoten.

In termen van grootte en aantal kan het complex een grootte van 125 MDa in gewervelden dragen en een kern in deze groep dieren kan ongeveer 2000 poriën bevatten. Deze kenmerken variëren afhankelijk van het bestudeerde taxon.

chromatine

Chromatin wordt in de kern gevonden, maar we kunnen het niet als een compartiment van de kern beschouwen. Het ontvangt deze naam voor het uitstekende vermogen om te kleuren en onder de microscoop te worden waargenomen.

DNA is een extreem lang lineair molecuul in eukaryoten. De verdichting ervan is een sleutelproces. Het genetische materiaal is geassocieerd met een reeks eiwitten genaamd histonen, die een hoge affiniteit voor DNA hebben. Er zijn ook andere soorten eiwitten die kunnen interageren met DNA en geen histonen zijn.

In histonen spint DNA zich en vormt chromosomen. Dit zijn dynamische structuren en worden niet constant gevonden in hun typische vorm (de X's en Y's die we gewend zijn te observeren in de illustraties van de boeken). Deze opstelling verschijnt alleen tijdens de celdelingprocessen.

In de rest van de fasen (wanneer de cel niet in het proces van deling is), kunnen de individuele chromosomen niet worden onderscheiden. Dit feit suggereert niet dat de chromosomen homogeen of wanordelijk door de kern worden gedispergeerd.

Op de interface zijn de chromosomen georganiseerd in specifieke domeinen. In zoogdiercellen bezet elk chromosoom een ​​specifiek "territorium".

Types van chromatine

Er zijn twee soorten chromatine te onderscheiden: heterochromatine en euchromatin. De eerste is sterk gecondenseerd en bevindt zich in de periferie van de kern, dus de transcriptiemachines hebben geen toegang tot deze genen. Eucromatine is losser georganiseerd.

Heterochromatine is verdeeld in twee soorten: het constitutieve heterochromatine, dat nooit tot expressie wordt gebracht; en facultatief heterochromatine, dat in sommige cellen en in andere niet wordt getranscribeerd.

Het bekendste voorbeeld van heterochromatine als regulator van genexpressie is de condensatie en inactivatie van het X-chromosoom Bij zoogdieren hebben vrouwen XX geslachtschromosomen, terwijl mannen XY zijn.

Om redenen van gendosering kunnen vrouwen in X niet twee keer zoveel genen hebben dan mannen. Om dit conflict te vermijden, wordt een X-chromosoom willekeurig in elke cel geïnactiveerd (wordt heterochromatine).

nucleolus

De nucleolus is een zeer relevante innerlijke kernstructuur. Het is geen compartiment begrensd door vliezige structuren, het is een donker gedeelte van de kern met specifieke functies.

In dit gebied zijn de genen die coderen voor ribosomaal RNA, getranscribeerd door RNA polymerase I, gegroepeerd. In menselijk DNA worden deze genen gevonden in de satellieten van de volgende chromosomen: 13, 14, 15, 21 en 22. Deze zijn de nucleolaire organisatoren.

Op zijn beurt wordt de nucleolus gescheiden in drie afzonderlijke regio's: fibrillaire centra, fibrillaire componenten en korrelige componenten.

Recente studies hebben meer en meer bewijsmateriaal verzameld van mogelijke extra functies van de nucleolus, niet alleen beperkt tot de synthese en assemblage van ribosomaal RNA.

Momenteel wordt aangenomen dat de nucleolus mogelijk betrokken is bij de assemblage en synthese van verschillende eiwitten. Postranscriptionele modificaties zijn ook bewezen in deze nucleaire zone.

De nucleolus is ook betrokken bij regulerende functies. Eén studie toonde aan hoe het gerelateerd was aan tumoronderdrukkende eiwitten.

Corps of Cajal

De lichamen van Cajal (ook wel genoemd opgerolde lichamen) zijn genoemd ter ere van zijn ontdekker, Santiago Ramón y Cajal. Deze onderzoeker observeerde deze lichaampjes in neuronen in het jaar 1903.

Het zijn kleine structuren in bolvormen en er zijn 1 tot 5 kopieën per kern. Deze lichamen zijn erg complex met een vrij groot aantal componenten, waaronder deze transcriptiefactoren en machines splicing.

Deze bolvormige structuren zijn gevonden in verschillende delen van de kern, omdat het mobiele structuren zijn. Ze worden meestal gevonden in het nucleoplasma, hoewel kankercellen zijn gevonden in de nucleolus.

Er zijn twee soorten dozen met vakken in de kern, ingedeeld op basis van hun grootte: groot en klein.

PML-lichamen

De PML-instanties (voor het acroniem in het Engels, promyelocytische leukemie) zijn kleine sub-nucleaire sferische zones met klinisch belang, omdat ze verband houden met virale infecties en oncogenese.

In de literatuur zijn ze bekend onder verschillende namen, zoals nucleair domein 10, Kremer-lichamen en oncogene PML-domeinen.

Een kern bezit 10 tot 30 van deze domeinen en heeft een diameter van 0,2 tot 1,0 μm. De functies omvatten genregulatie en RNA-synthese.

referenties

1. Adam, S. A. (2001). Het nucleaire porie complex. Genoombiologie, 2(9), beoordelingen0007.1-beoordelingen0007.6.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologie: leven op aarde. Pearson-opleiding.
3. Boisvert, F.M., Hendzel, M.J., & Bazett-Jones, D.P. (2000). Promyelocytic leukemie (PML) kernlichamen zijn eiwitstructuren die geen RNA accumuleren. The Journal of cell biology, 148(2), 283-292.
4. Busch, H. (2012). De celkern. Elsevier.
5. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2000). De cel: een moleculaire benadering. Sunderland, MA: Associates van Sinauer.
6. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. biologie. Ed. Panamericana Medical.
7. Dundr, M., en Misteli, T. (2001). Functionele architectuur in de celkern. Biochemical Journal, 356(2), 297-310.
8. Eynard, A.R., Valentich, M.A., & Rovasio, R.A. (2008). Histologie en embryologie van de mens: cellulaire en moleculaire basen. Ed. Panamericana Medical.
9. Hetzer, M.W. (2010). De nucleaire envelop. Cold Spring Harbor perspectieven in de biologie, 2(3), a000539.
10. Kabachinski, G., & Schwartz, T. U. (2015). De nucleaire porie complex-structuur en functie in één oogopslag. Journal of Cell Science, 128(3), 423-429.
11. Montaner, A.T. (2002). Het bijbehorende lichaam van Cajal. Rev Esp Patol, 35, (4), 529-532.
12. Newport, J.W., & Forbes, D.J. (1987). De kern: structuur, functie en dynamiek. Jaaroverzicht van biochemie, 56(1), 535-565.