NUKLEOPLASMA: EGENSKAPER, STRUKTUR OCH FUNKTIONER - ANATOMI OCH FYSIOLOGI - 2025

Den nukleoplasman är den substans i vilken DNA och andra kärnstrukturer, såsom nukleolerna, är inbäddade. Det separeras från cellcytoplasma genom membranet i kärnan, men kan byta material med det genom kärnporerna.

Dess komponenter är huvudsakligen vatten och en serie sockerarter, joner, aminosyror och proteiner och enzymer som är involverade i genreglering, bland dessa mer än 300 andra proteiner än histoner. Faktum är att dess sammansättning liknar cellcytoplasma.

Inom denna kärnvätska finns också nukleotider, som är "byggstenarna" som används för konstruktion av DNA och RNA, med hjälp av enzymer och kofaktorer. I vissa stora celler, såsom acetabularia, är nukleoplasma tydligt synligt.

Nukleoplasman troddes tidigare bestå av en amorf mass innesluten i kärnan, exklusive kromatin och nukleolus. Inuti nukleoplasman finns emellertid ett proteinnätverk som ansvarar för att organisera kromatinet och andra komponenter i kärnan, kallad kärnmatrisen.

Nya tekniker har gjort det möjligt att bättre visualisera denna komponent och identifiera nya strukturer såsom intranukleära ark, proteinfilament som kommer från kärnporer och RNA-bearbetningsmaskiner.

Generella egenskaper

Nukleoplasma, även kallad "kärnsaft" eller karyoplasma, är en protoplasmisk kolloid med egenskaper som liknar cytoplasma, relativt tät och rik på olika biomolekyler, huvudsakligen proteiner.

Kromatin och ett eller två kroppar som kallas nukleoli finns i detta ämne. Det finns också andra enorma strukturer i denna vätska som Cajal-kroppar, PML-kroppar, spiralkroppar eller kärnfläckar, bland andra.

De strukturer som är nödvändiga för behandlingen av messenger preRNA och transkriptionsfaktorer är koncentrerade i Cajal-kropparna.

Kärnfläckar verkar likna Cajalkroppar, de är mycket dynamiska och rör sig mot regioner där transkription är aktiv.

PML-kroppar verkar vara markörer för cancerceller, eftersom de otroligt ökar antalet inom kärnan.

Det finns också en serie sfäriska nukleolära kroppar som sträcker sig mellan 0,5 och 2 um i diameter, bestående av kulor eller fibriller som, även om de har rapporterats i friska celler, deras frekvens är mycket högre i patologiska strukturer.

De mest relevanta kärnstrukturerna som är inbäddade i nukleoplasman beskrivs nedan:

nukleolerna

Kärnan är en enastående sfärisk struktur belägen inuti cellkärnan och avgränsas inte av någon typ av biomembran som skiljer dem från resten av nukleoplasma.

Det består av regioner som kallas NORs (kromosomala nukleolära organisatorregioner) där sekvenserna som kodar för ribosomer finns. Dessa gener finns i specifika regioner i kromosomerna.

I det specifika fallet med människor är de organiserade i satellitregionerna i kromosomerna 13, 14, 15, 21 och 22.

En serie väsentliga processer förekommer i kärnan, såsom transkription, bearbetning och montering av underenheterna som utgör ribosomer.

Å andra sidan, lämnar den traditionella funktionen åt sidan, har nyligen genomförda studier funnit att kärnan är relaterad till cancercellundertryckande proteiner, cellcykelregulatorer och proteiner från virala partiklar.

Subnukleära territorier

DNA-molekylen är inte slumpmässigt spridd i cellnukleoplasma, den är organiserad på ett mycket specifikt och kompakt sätt med en uppsättning av mycket konserverade proteiner under hela evolutionen som kallas histoner.

Processen för att organisera DNA möjliggör införandet av nästan fyra meter genetiskt material i en mikroskopisk struktur.

Denna sammanslutning av genetiskt material och protein kallas kromatin. Detta är organiserat i regioner eller domäner definierade i nukleoplasma, och två typer kan särskiljas: eukromatin och heterokromatin.

Euchromatin är mindre kompakt och omfattar gener vars transkription är aktiv, eftersom transkriptionsfaktorer och andra proteiner har tillgång till det i motsats till heterokromatin, som är mycket kompakt.

Heterokromatinregioner finns i periferin och eukromatin mer i mitten av kärnan och även nära kärnporerna.

På liknande sätt distribueras kromosomer i specifika områden inom kärnan som kallas kromosomala territorier. Med andra ord, kromatin flyter inte slumpmässigt i nukleoplasma.

Kärnmatris

Organiseringen av de olika kärnfacken verkar dikteras av kärnmatrisen.

Det är en inre struktur i kärnan sammansatt av ett ark kopplat till kärnkraftsporkomplex, nukleolära rester och en uppsättning fibrösa och granulära strukturer som är fördelade över kärnan som upptar en betydande volym av den.

Studier som har försökt karakterisera matrisen har kommit fram till att det är för mångsidigt att definiera dess biokemiska och funktionella smink.

Laminan är ett slags skikt sammansatt av proteiner som sträcker sig från 10 till 20 nm och är anslutna till den inre ytan av kärnmembranet. Proteinkonstitutionen varierar beroende på den taxonomiska grupp som studerats.

Proteinerna som utgör lamina liknar de mellanliggande filamenten och har, förutom nukleär signalering, kula och cylindriska regioner.

När det gäller den inre kärnmatrisen innehåller den ett stort antal proteiner med ett bindningsställe för messenger-RNA och andra typer av RNA. I denna interna matris sker DNA-replikation, icke-nukleolär transkription och post-transkriptionell messenger preRNA-behandling.

Nucleoskeleton

Inuti kärnan finns en struktur som är jämförbar med cytoskeletten i celler som kallas nukleoskeletten, som består av proteiner som aktin, aII-spektrin, myosin och det jätteproteinet som kallas titin. Men förekomsten av denna struktur diskuteras fortfarande av forskare.

Strukturera

Nukleoplasman är en gelatinös substans där olika kärnstrukturer, nämnda ovan, kan särskiljas.

En av huvudkomponenterna i nukleoplasman är ribonukleoproteiner, som består av proteiner och RNA som består av en region rik på aromatiska aminosyror med en affinitet för RNA.

De ribonukleoproteiner som finns i kärnan kallas specifikt små nukleära ribonukleoproteiner.

Biokemisk sammansättning

Den kemiska sammansättningen av nukleoplasman är komplex, inklusive komplexa biomolekyler såsom kärnproteiner och enzymer, och även oorganiska föreningar såsom salter och mineraler såsom kalium, natrium, kalcium, magnesium och fosfor.

Vissa av dessa joner är oumbärliga kofaktorer av enzymer som replikerar DNA. Den innehåller också ATP (adenosintrifosfat) och acetylkoenzym A.

En serie enzymer som är nödvändiga för syntesen av nukleinsyror, såsom DNA och RNA, är inbäddade i nukleoplasman. Bland de viktigaste är bland annat DNA-polymeras, RNA-polymeras, NAD-syntetas, pyruvat-kinas.

Ett av de vanligaste proteinerna i nukleoplasma är nukleoplastim, som är ett surt och pentameriskt protein som har ojämna domäner i huvud och svans. Dess sura karakteristik lyckas skydda de positiva laddningarna som finns i histonerna och lyckas associera med nukleosomen.

Nukleosomer är de pärlliknande strukturerna på ett halsband, som bildas genom interaktion mellan DNA och histoner. Små lipidmolekyler har också detekterats flytande i denna halv-vattenhaltiga matris.

Funktioner

Nukleoplasman är matrisen där en serie väsentliga reaktioner äger rum för att kärnan och cellen ska fungera i allmänhet. Det är platsen där syntesen av DNA, RNA och ribosomala underenheter sker.

Det fungerar som en slags "madrass" som skyddar strukturerna som är nedsänkta i den, förutom att tillhandahålla ett medel för transport av material.

Det fungerar som en mellanliggande suspension för subnukleära strukturer och hjälper också till att hålla formen på kärnan stabil, vilket ger den stelhet och seghet.

Förekomsten av flera metaboliska vägar i nukleoplasma, som i cellcytoplasma, har visats. Inom dessa biokemiska vägar är glykolys och citronsyracykeln.

Pentosfosfatvägen, som bidrar med pentoserna till kärnan, har också rapporterats. På samma sätt är kärnan en synteszon för NAD ⁺ , som fungerar som koenzym av dehydrogenaser.

Messenger preRNA-behandling

Bearbetning av pre-mRNA sker i nukleoplasma och kräver närvaron av de små nukleolära ribonukleoproteinerna, förkortade snRNP.

En av de viktigaste aktiva aktiviteterna som förekommer i den eukaryota nukleoplasma är faktiskt syntes, bearbetning, transport och export av mogna messenger-RNA.

Ribonukleoproteinerna grupperar tillsammans för att bilda spliceosom- eller skarvkomplexet, som är ett katalytiskt centrum som ansvarar för att ta bort introner från messenger-RNA. En serie RNA-molekyler som är hög i uracil ansvarar för att känna igen introner.

Spliciosomet består av cirka fem små nukleolära RNA: er som kallas snRNA U1, U2, U4 / U6 och U5, utöver deltagande av andra proteiner.

Låt oss komma ihåg att i eukaryoter avbryts generna i DNA-molekylen av icke-kodande regioner som kallas introner som måste elimineras.

Skarvningsreaktionen integrerar två på varandra följande steg: den nukleofila attacken i 5 ′ skuren zon genom interaktion med en adenosinrest i anslutning till 3'-zonen i intronet (steg som frigör exonet), följt av föreningen av exonerna.

referenser

1. Brachet, J. (2012). Molecular Cytology V2: Cell Interactions. Elsevier.
2. Guo, T., & Fang, Y. (2014). Funktionell organisation och dynamik i cellkärnan. Frontiers in Plant Science, 5, 378.
3. Jiménez García, LF (2003). Cellulär och molekylärbiologi. Pearson Education of Mexico.
4. Lammerding, J. (2011). Nucleus mekanik. Comprehensive Physiology, 1 (2), 783–807.
5. Pederson, T. (2000). Ett halvt århundrade av "The Nuclear Matrix." Molecular Biology of the Cell, 11 (3), 799–805.
6. Pederson, T. (2011). Nucleus introducerad. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, 3 (5), a000521.
7. Welsch, U., & Sobotta, J. (2008). Histologi. Panamerican Medical Ed.