CELLKÄRNA: EGENSKAPER, FUNKTIONER, STRUKTUR - BIOLOGI - 2025

Den cellkärna är en grundläggande utrymmet i eukaryota celler. Det är den mest iögonfallande strukturen av denna celltyp och har det genetiska materialet. Den styr alla cellulära processer: den innehåller alla instruktioner som är kodade i DNA för att utföra de nödvändiga reaktionerna. Det är involverat i processerna för celldelning.

Alla eukaryota celler har en kärna, med undantag för några specifika exempel, såsom mogna röda blodkroppar (erytrocyter) hos däggdjur och floemceller i växter. På liknande sätt finns det celler med mer än en kärna, såsom vissa muskelceller, hepatocyter och neuroner.

Kärnan upptäcktes 1802 av Franz Bauer; Men 1830 observerade forskaren Robert Brown också denna struktur och blev populär som dess huvudupptäckare. På grund av sin stora storlek kan den tydligt observeras under ett mikroskop. Dessutom är det en enkel färgningsstruktur.

Kärnan är inte en homogen och statisk sfärisk enhet med spridd DNA. Det är en komplex och komplicerad struktur med olika komponenter och delar inuti. Dessutom är den dynamisk och förändras ständigt genom cellcykeln.

egenskaper

Kärnan är huvudstrukturen som tillåter differentiering mellan eukaryota och prokaryota celler. Det är det största cellfacket. I allmänhet är kärnan nära mitten av cellen, men det finns undantag, såsom plasmaceller och epitelceller.

Det är en sfärformad organell med i genomsnitt cirka 5 um i diameter, men kan nå 12 um beroende på celltyp. Jag kan uppta cirka 10% av den totala cellvolymen.

Det har ett kärnhölje bildat av två membran som separerar det från cytoplasma. Det genetiska materialet är organiserat tillsammans med proteiner i det.

Trots det faktum att det inte finns några andra membranformiga underavdelningar i kärnan, kan en rad komponenter eller regioner inom strukturen som har specifika funktioner särskiljas.

Funktioner

Kärnan tillskrivs ett extraordinärt antal funktioner, eftersom den innehåller insamlingen av all genetisk information om cellen (exklusive mitokondriell DNA och kloroplast-DNA) och styr processerna för celldelning. Sammanfattningsvis är kärnans huvudfunktioner följande:

Genreglering

Förekomsten av en lipidbarriär mellan det genetiska materialet och resten av de cytoplasmiska komponenterna hjälper till att minska interferensen av andra komponenter i DNA: s funktion. Detta representerar en evolutionär innovation av stor betydelse för grupper av eukaryoter.

Klippning och skarvning

Skarvningsprocessen för budbärar-RNA sker i kärnan innan molekylen rör sig till cytoplasman.

Syftet med denna process är att eliminera introner ("bitar" av genetiskt material som inte kodar och som avbryter exonerna, områden som kodar) från RNA. Senare lämnar RNA kärnan, där den översätts till proteiner.

Det finns andra mer specifika funktioner i varje kärnstruktur som kommer att diskuteras senare.

Struktur och sammansättning

Kärnan består av tre definierade delar: kärnhöljet, kromatinet och kärnan. Vi kommer att beskriva varje struktur i detalj nedan:

Kärnhölje

Kärnhöljet består av membran av lipidart och skiljer kärnan från resten av de cellulära komponenterna. Detta membran är dubbelt och mellan dessa finns ett litet utrymme som kallas det perinucleara utrymmet.

Det inre och yttre membransystemet bildar en kontinuerlig struktur med endoplasmatisk retikulum

Detta membransystem avbryts av en serie porer. Dessa kärnkanaler tillåter utbyte av material med cytoplasma eftersom kärnan inte är helt isolerad från resten av komponenterna.

Kärnkraftskomplex

Genom dessa porer sker utbyte av ämnen på två sätt: passiv utan behov av energiförbrukning; eller aktiv, med energiförbrukning. Passivt kan små molekyler som vatten eller salter, mindre än 9 nm eller 30-40 kDa, komma in och lämna.

Detta inträffar i motsats till molekyler med hög molekylvikt, som kräver ATP (energi-adenosintrifosfat) för att röra sig genom dessa fack. Stora molekyler inkluderar bitar av RNA (ribonukleinsyra) eller andra biomolekyler av proteinart.

Porerna är inte bara hål som molekyler passerar genom. Det är stora proteinstrukturer som kan innehålla 100 eller 200 proteiner och kallas "kärnporekomplex". Strukturellt sett ser det mycket ut som en basketboll. Dessa proteiner kallas nukleoporiner.

Detta komplex har hittats i ett stort antal organismer: från jäst till människa. Förutom den cellulära transportfunktionen är den också involverad i regleringen av genuttryck. De är en oumbärlig struktur för eukaryoter.

När det gäller storlek och antal kan komplexet nå en storlek på 125 MDa i ryggradsdjur, och en kärna i denna djurgrupp kan ha cirka 2000 porer. Dessa egenskaper varierar beroende på det undersökta taxonet.

kromatin

Kromatin finns i kärnan, men vi kan inte betrakta det som ett fack av den. Det heter för sin utmärkta förmåga att färga och observeras under mikroskopet.

DNA är en extremt lång linjär molekyl i eukaryoter. Dess komprimering är en viktig process. Det genetiska materialet är associerat med en serie proteiner som kallas histoner, som har en hög affinitet för DNA. Det finns också andra typer av proteiner som kan interagera med DNA och de är inte histoner.

I histoner rullas DNA upp och bildar kromosomer. Dessa är dynamiska strukturer och finns inte ständigt i sin typiska form (Xs och Ys som vi är vana att se i illustrationer i böcker). Detta arrangemang visas endast under processerna för celldelning.

I resten av stegen (när cellen inte är i processen att dela) kan de enskilda kromosomerna inte särskiljas. Detta faktum tyder inte på att kromosomer är homogena eller störande spridda över hela kärnan.

Vid gränssnittet är kromosomerna organiserade i specifika domäner. I däggdjursceller upptar varje kromosom ett specifikt "territorium".

Kromatintyper

Två typer av kromatin kan särskiljas: heterokromatin och euchromatin. Den första är mycket kondenserad och är belägen i periferin av kärnan, så transkriptionsmaskineriet har inte tillgång till dessa gener. Euchromatin organiseras mer löst.

Heterokromatin är uppdelat i två typer: konstitutivt heterokromatin, som aldrig uttrycks; och fakultativt heterokromatin, som inte transkriberas i vissa celler och är i andra.

Det mest kända exemplet på heterokromatin som regulator för genuttryck är kondensation och inaktivering av X-kromosomen. I däggdjur har kvinnor XX-könskromosomer, medan män är XY.

På grund av gendosering kan inte kvinnor ha dubbelt så många gener i X som män. För att undvika denna konflikt inaktiveras en X-kromosom slumpmässigt (blir heterokromatin) i varje cell.

nucleolus

Kärnan är en mycket relevant inre struktur i kärnan. Det är inte ett fack avgränsat av membranstrukturer, det är ett mörkare område i kärnan med specifika funktioner.

I detta område grupperas generna som kodar för ribosomalt RNA, transkriberas av RNA-polymeras I. I humant DNA finns dessa gener i satelliterna för följande kromosomer: 13, 14, 15, 21 och 22. Dessa är nukleolära arrangörer.

I sin tur separeras kärnan i tre åtskilda regioner: fibrillärcentrum, fibrillarkomponenter och granulära komponenter.

Nya studier har samlat mer och mer bevis på möjliga ytterligare funktioner hos kärnan, inte bara begränsad till syntes och sammansättning av ribosomalt RNA.

Det antas för närvarande att kärnan kan vara involverad i sammansättningen och syntesen av olika proteiner. Ändringar efter transkription har också bevisats i denna kärnzon.

Kärnan är också involverad i reglerande funktioner. En studie visade hur det var relaterat till tumörsuppressorproteiner.

Cajals kroppar

Cajalkropparna (även kallade lindade kroppar) bär detta namn för att hedra sin upptäckare, Santiago Ramón y Cajal. Denna forskare observerade dessa kroppar i nervceller 1903.

De är små strukturer i form av sfärer och finns från 1 till 5 kopior per kärna. Dessa kroppar är mycket komplexa med ett ganska stort antal komponenter, inklusive dessa transkriptionsfaktorer och skarvrelaterade maskiner.

Dessa sfäriska strukturer har hittats i olika delar av kärnan, eftersom de är rörliga strukturer. De finns i allmänhet i nukleoplasma, även om de i cancerceller har hittats i nukleolusen.

Det finns två typer av boxkroppar i kärnan, klassificerade efter deras storlek: stora och små.

PML-organ

PML-kroppar (promyelocytisk leukemi) är små sfäriska subnukleära områden av klinisk betydelse, eftersom de har förknippats med virusinfektioner och onkogenes.

De är kända av en mängd olika namn i litteraturen, såsom kärnkraftsdomän 10, Kremer-kroppar och PML-onkogena domäner.

En kärna har 10 till 30 av dessa domäner och har en diameter av 0,2 till 1,0 um. Bland dess funktioner skiljer sig regleringen av gener och RNA-syntes.

referenser

1. Adam, SA (2001). Kärnkraftsporerna. Genombiologi, 2 (9), recensioner0007.1-recensioner0007.6.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: liv på jorden. Pearson utbildning.
3. Boisvert, FM, Hendzel, MJ, & Bazett-Jones, DP (2000). Promyelocytisk leukemi (PML) -kärnkroppar är proteinstrukturer som inte ackumulerar RNA. Journal of cell biology, 148 (2), 283-292.
4. Busch, H. (2012). Cellkärnan. Elsevier.
5. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylär strategi. Sunderland, MA: Sinauer associates.
6. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biologi. Panamerican Medical Ed.
7. Dundr, M., & Misteli, T. (2001). Funktionell arkitektur i cellkärnan. Biochemical Journal, 356 (2), 297-310.
8. Eynard, AR, Valentich, MA, & Rovasio, RA (2008). Histologi och embryologi hos människan: cellulära och molekylära baser. Panamerican Medical Ed.
9. Hetzer, MW (2010). Kärnhöljet. Cold Spring Harbor-perspektiv i biologi, 2 (3), a000539.
10. Kabachinski, G., & Schwartz, TU (2015). Kärnkraftskomplexet - struktur och funktion i en överblick. Journal of Cell Science, 128 (3), 423-429.
11. Montaner, AT (2002). Cajls tillbehörskropp. Rev esp patol, 35, (4), 529-532.
12. Newport, JW, & Forbes, DJ (1987). Kärnan: struktur, funktion och dynamik. Årlig granskning av biokemi, 56 (1), 535-565.