Характеристики на ядрото, структура, морфология и функции

на ядърце е клетъчна структура, която не е ограничена от мембрана и е една от най-важните области на ядрото. Той се наблюдава като по-плътна област в ядрото и се разделя на три области: гъст фибриларен компонент, фибриларен център и гранулиран компонент..

Той е отговорен основно за синтеза и сглобяването на рибозоми; тази структура има и други функции. В ядрото са открити повече от 700 протеини, които не участват в процесите на биогенеза на рибозомите. По същия начин, ядрото участва в развитието на различни патологии.

Първият изследовател, който е наблюдавал района на ядрото е Ф. Фонтана през 1781 г., преди повече от два века. След това, в средата на 30-те години, Маклинтон успял да наблюдава тази структура в своите експерименти Zea mays. Оттогава стотици изследвания са фокусирани върху разбирането на функциите и динамиката на този основен регион.

индекс

• 1 Общи характеристики
• 2 Структура и морфология
  • 2.1 Центрове на фибрилара
  • 2.2 Плътен фибриларен компонент и гранулиран компонент
  • 2.3 Нуклеарна организираща област
• 3 Функции
  • 3.1 Машини за формиране на рибозомна РНК
  • 3.2 Организация на рибозомите
  • 3.3 Транскрипция на рибозомна РНК
  • 3.4 Сглобяване на рибозоми
  • 3.5 Други функции
• 4 Ядрените клетки и ракът
• 5 Ядрени клетки и вируси
• 6 Препратки

Общи характеристики

Ядрото е видна структура, разположена вътре в ядрото на еукариотните клетки. Това е "област" под формата на сфера, тъй като няма вид биомембрана, която да я отделя от останалите ядрени компоненти..

Тя може да бъде наблюдавана под микроскоп като субрегион на ядрото, когато клетката е в интерфейса.

Тя е организирана в региони, наречени НОР (за акроним на английски: хромозомни ядрени организми), където се откриват последователностите, кодиращи рибозомите.

Тези гени са в специфични области на хромозомите. При хората те са организирани в тандем в сателитните региони на хромозомите 13, 14, 15, 21 и 22.

В ядрото се срещат транскрипцията, обработката и сглобяването на подединиците, които образуват рибозомите.

В допълнение към традиционната си функция, ядрото е свързано с туморни супресорни протеини, регулатори на клетъчния цикъл и дори протеини от вируси..

Ядрените протеини са динамични и очевидно тяхната последователност се запазва в хода на еволюцията. От тези протеини само 30% са свързани с биогенезата на рибозомите.

Структура и морфология

Ядрото е разделено на три основни компонента, диференцируеми чрез електронна микроскопия: плътния фибриларен компонент, фибриларния център и гранулирания компонент..

Обикновено е заобиколен от кондензиран хроматин, наречен хетерохроматин. Процесите на транскрипция на рибозомална РНК, обработка и сглобяване на рибозомни прекурсори се срещат в ядрото.

Ядрото е динамичен регион, където протеините, които компонентите могат да асоциират и бързо се отделят от нуклеоларните компоненти, създават непрекъснат обмен с нуклеоплазма (вътрешно желатиново вещество на ядрото).

При бозайниците структурата на ядрото варира според етапите на клетъчния цикъл. В профазата се наблюдава дезорганизация на ядрото и тя се събира отново в края на митотичния процес. Максималната активност на транскрипцията в ядрото се наблюдава във фази S и G2.

Активността на РНК полимераза I може да бъде повлияна от различни състояния на фосфорилиране, като по този начин се променя активността на ядрената клетка по време на клетъчния цикъл. Заглушаването по време на митоза става чрез фосфорилиране на различни елементи като SL1 и TTF-1.

Този модел обаче не е често срещан при всички организми. Например, в дрождите ядрото е налично - и активно - по време на процеса на клетъчно делене.

Центрове на фибрил

Гените, които кодират рибозомната РНК, се намират в центровете на фибрилара. Тези центрове са ясни области, заобиколени от гъсти фибриларни компоненти. Фибриларните центрове са променливи по размер и брой, в зависимост от типа на клетката.

Беше описан определен модел по отношение на характеристиките на фибриларните центрове. Клетки с висок синтез на рибозоми имат малък брой фибриларни центрове, докато клетките с намален метаболизъм (като лимфоцити) имат по-големи фибриларни центрове..

Има специфични случаи, както при неврони с много активен метаболизъм, чийто ядрен център има гигантски фибриларен център, придружен от по-малки центрове..

Плътен фибриларен компонент и гранулиран компонент

Плътният фибриларен компонент и фибриларните центрове са вградени в гранулирания компонент, чиито гранули имат диаметър от 15 до 20 nm. Процесът на транскрипция (преминаване на ДНК молекулата към РНК, считан за първата стъпка на генната експресия) се осъществява в границите на фибриларните центрове и плътния фибриларен компонент.

Обработката на пре-рибозомалната РНК става в плътния фибриларен компонент и процесът се простира до гранулирания компонент. Транскриптите се натрупват в плътния фибриларен компонент и нуклеоларните протеини също се намират в плътния фибриларен компонент. Именно в този район се среща събранието на рибозоми.

След като този процес на сглобяване на рибозомната РНК с необходимите протеини завърши, тези продукти се изнасят в цитоплазмата..

Гранулярният компонент е богат на транскрипционни фактори (SUMO-1 и Ubc9 са някои примери). Обикновено, ядрото е заобиколено от хетерохроматин; счита се, че тази компактна ДНК може да има роля в транскрипцията на рибозомална РНК.

При бозайниците рибозомната ДНК в клетките се уплътнява или заглушава. Тази организация изглежда важна за регулирането на рибозомната ДНК и за защитата на геномната стабилност.

Нуклеарна организираща област

В този регион (NOR) са групирани гени (рибозомна ДНК), които кодират рибозомна РНК.

Хромозомите, които образуват тези области, варират в зависимост от вида на изследването. При хората те се срещат в сателитните региони на акроцентричните хромозоми (центромерът е разположен близо до единия край), по-специално по двойки 13, 14, 15, 21 и 22.

Единиците на ДНК рибозомите се състоят от транскрибирана последователност и външен спейсър, необходим за транскрипция чрез РНК полимераза I.

В промотори за рибозомална ДНК могат да се разграничат два елемента: централен елемент и елемент, разположен нагоре по течението (нагоре по течението)

функции

Машини за образуване на рибозомна РНК

Ядрото може да се счита за фабрика с всички необходими компоненти за биосинтеза на прекурсорите на рибозомите..

Рибозомната или рибозомната РНК (рибозомална киселина), обикновено съкратена като рРНК, е компонент на рибозомите и участва в синтеза на протеини. Този компонент е жизненоважен за всички линии на живите същества.

Рибозомната РНК се свързва с други компоненти на протеиновата природа. Този синдикат води до рибозомни предположения. Класификацията на рибозомалната РНК обикновено се дава с буквата "S", показваща единиците на Svedberg или коефициента на утаяване.

Организация на рибозомите

Рибосомите се състоят от две подединици: по-големи или по-големи и по-малки или по-малки. 

Рибозомната РНК на прокариотите и еукариотите е диференцируема. В прокариотите голямата субединица е 50S и се състои от рибозомална РНК 5S и 23S, а малката субединица е 30S и се състои само от 16S рибозомна РНК.

Обратно, основната субединица (60S) се състои от рибозомална РНК 5S, 5.8S и 28S. Малката субединица (40S) се състои изключително от 18S рибозомна РНК.

Гените, кодиращи рибозомални РНК 5.8S, 18S и 28S, се откриват в ядрото. Тези рибозомални РНК се транскрибират като единична единица в ядрото чрез РНК полимераза I. Този процес води до прекурсор на 45S РНК..

Този прекурсор на рибозомна РНК (45S) трябва да бъде изрязан в неговите 18S компоненти, принадлежащи към малката субединица (40S) и 5.8S и 28S на голямата субединица (60S).

Липсващата рибозомна РНК, 5S, се синтезира извън ядрото; За разлика от неговите хомолози, процесът се катализира от РНК полимераза III.

Транскрипция на рибозомна РНК

Клетката се нуждае от голям брой молекули на рибозомната РНК. Има множество копия на гените, които кодират този тип РНК, за да отговорят на тези високи изисквания.

Например, според данните, открити в човешкия геном, има 200 копия за рибозомална РНК 5.8S, 18S и 28S. За рибозомната РНК 5S има 2000 копия.

Процесът започва с 45S рибозомна РНК. Тя започва с отстраняването на спейсъра близо до 5 'края. Когато процесът на транскрипция приключи, оставащият разделител, разположен на 3 'края, се отстранява. След следващите елиминиране се получава зряла рибозомна РНК.

В допълнение, обработката на рибозомната РНК изисква серия от важни модификации в нейните бази, като процеси на метилиране и превръщане на уридин в псевдоуридин..

Впоследствие настъпва добавянето на протеини и РНК, разположени в ядрото. Сред тях са малките нуклеоларни РНК (ARNpn), които участват в отделянето на рибозомните РНК в продуктите 18S, 5.8S и 28S.

НРНК притежават последователности, комплементарни на рибозомната РНК 18S и 28S. Следователно, те могат да модифицират основите на прекурсорната РНК, чрез метилиране на определени региони и участващи в образуването на псевдоуридин..

Сглобяване на рибозоми

Образуването на рибозоми включва свързването на рибозомния РНК прекурсор, заедно с рибозомални протеини и 5S. Включените в процеса протеини се транскрибират от РНК полимераза II в цитоплазмата и трябва да бъдат транспортирани до ядрената клетка..

Рибозомните протеини започват да се асоциират с рибозомални РНК преди да настъпи отделянето на 45S рибозомна РНК. След разделяне, останалите рибозомни протеини и 5S рибозомна РНК се добавят.

Съзряването на 18S рибозомната РНК става по-бързо. Накрая, "прерибозомните частици" се изнасят в цитоплазмата.

Други функции

В допълнение към биогенезата на рибозомите, последните изследвания показват, че ядрото е мултифункционална единица.

Ядрената също участва в обработката и узряването на други видове РНК, като snRNPs (протеинови и РНК комплекси, които се комбинират с пре-информационна РНК за образуване на сплайс-козом или сплайсинг комплекс) и някои РНК трансфери. , микроРНК и други рибонуклеопротеинови комплекси.

Чрез анализа на нуклеолусовия протеом са открити протеини, свързани с пре-преносната РНК обработка, контрол на клетъчния цикъл, репликация и възстановяване на ДНК. Конституцията на ядрените протеини е динамична и се променя при различни условия на околната среда и клетъчен стрес.

Също така има редица патологии, свързани с неправилното функциониране на ядрото. Сред тях е диамантено-черната анемия и невродегенеративните заболявания като болестта на Алцхаймер и Хънтингтън..

При пациенти с Алцхаймер се наблюдава промяна в нивата на експресия на ядрената жлеза, в сравнение със здрави пациенти.

Ядрата и рака

Повече от 5000 проучвания показват връзката между злокачествената пролиферация на клетките и активността на ядрото.

Целта на някои изследвания е да се определят количествено нуклеотидните протеини за клинични диагностични цели. С други думи, ние се стремим да оценим пролиферацията на рак, като използваме тези протеини като маркер, по-специално В23, нуклеолин, UBF и субединици на РНК полимераза I.

От друга страна, беше установено, че протеинът В23 е пряко свързан с развитието на рак. По същия начин, други нуклеоларни компоненти са включени в развитието на патологии, такива като остра промиелоцитна левкемия.

Ядрата и вирусите

Има достатъчно доказателства, за да се потвърди, че вирусите, както от растения, така и от животни, се нуждаят от нуклеолусни протеини, за да постигнат процеса на репликация. Има промени в ядрото по отношение на морфологията и протеиновия му състав, когато клетката преживява вирусна инфекция.

Намерени са голям брой протеини, които идват от ДНК и РНК последователности, които съдържат вируси и се намират в ядрото.

Вирусите имат различни стратегии, които им позволяват да бъдат разположени в този субядрен район, като вирусни протеини, които съдържат "сигнали", които водят до ядрената клетка. Тези етикети са богати на аминокиселини аргинин и лизин.

Местоположението на вируса в ядрото улеснява неговото възпроизвеждане и освен това изглежда, че това е изискване за неговата патогенност.

препратки

1. Boisvert, F. М., van Koningsbruggen, S., Navascués, J., & Lamond, A. I. (2007). Многофункционалното ядро. Прегледи на природата Молекулярна клетъчна биология, 8(7), 574-585.
2. Boulon, S., Westman, B.J., Hutten, S., Boisvert, F.-M., & Lamond, A.I. (2010). Ядрената под стрес. Molecular Cell, 40(2), 216-227.
3. Cooper, C.M. (2000). Клетката: Молекулярният подход. 2-ро издание. Sinauer Associates. Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., & Hernandez-Verdun, D. (2008). Ядрена клетка: очарователното ядрено тяло. Хистохимия и клетъчна биология, 129(1), 13-31.
4. Horky, M., Kotala, V., Anton, M., & WESIERSKA-GADEK, J. (2002). Nucleolus и апоптоза. Анали на Нюйоркската академия на науките, 973(1), 258-264.
5. Leung, A. K., & Lamond, A. I. (2003). Динамиката на ядрото. Критични мнения ™ при еукариотна експресия на гена, 13(1).
6. Montanaro, L., Trere, D., & Derenzini, M. (2008). Nucleolus, Ribosomes и Cancer. Американският вестник за патология, 173(2), 301-310. http://doi.org/10.2353/ajpath.2008.070752
7. Pederson, T. (2011). Ядрената жлеза. Студената пролетна пристанищна перспектива в биологията, 3(3), a000638.
8. Tsekrekou, M., Stratigi, K., & Chatzinikolaou, G. (2017). Ядрената клетка: В поддръжката и ремонта на генома. Международно списание за молекулярни науки, 18(7), 1411.