เยื่อหุ้มนิวเคลียส: ลักษณะหน้าที่และองค์ประกอบ - ชีววิทยา

เยื่อนิวเคลียร์นิวเคลียร์ซองจดหมายหรือ karyote เป็นเมมเบรนชีวภาพที่เกิดขึ้นจากไขมัน bilayer ที่ล้อมรอบสารพันธุกรรมของเซลล์ยูคาริโอ

เป็นโครงสร้างที่ค่อนข้างซับซ้อนและมีระบบการควบคุมที่แม่นยำซึ่งประกอบด้วยสองใบคือเยื่อหุ้มภายในและภายนอก ช่องว่างระหว่างเยื่อทั้งสองเรียกว่าปริภูมินิวเคลียร์และมีความกว้างประมาณ 20 ถึง 40 นาโนเมตร

ภาพโดย: unamenlinea.unam.mx

เยื่อหุ้มชั้นนอกก่อตัวต่อเนื่องกับเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก ด้วยเหตุนี้จึงมีไรโบโซมยึดอยู่ในโครงสร้างของมัน

เมมเบรนมีลักษณะเฉพาะด้วยการปรากฏตัวของรูพรุนนิวเคลียร์ซึ่งเป็นตัวกลางในการสัญจรของสารจากภายในนิวเคลียสไปยังไซโทพลาสซึมของเซลล์และในทางกลับกัน

ทางเดินของโมเลกุลระหว่างสองช่องนี้ค่อนข้างยุ่ง RNA และหน่วยย่อยไรโบโซมจะต้องถูกถ่ายโอนจากนิวเคลียสไปยังไซโทพลาสซึมอย่างต่อเนื่องในขณะที่ฮิสโตน, ดีเอ็นเอ, อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสและสารอื่น ๆ ที่จำเป็นสำหรับการทำงานของนิวเคลียสต้องถูกนำเข้าจากไซโทพลาสซึมไปยังนิวเคลียส

เยื่อหุ้มเซลล์นิวเคลียร์มีโปรตีนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบของโครมาตินและในการควบคุมยีนด้วย

ลักษณะทั่วไป

ที่มา Coutinho HD, Falcão-Silva VS, Fernandes Gonçalves G, Batista da Nóbrega R, ผ่าน Wikimedia Commons

เยื่อหุ้มเซลล์นิวเคลียร์เป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของเซลล์ยูคาริโอต เป็นเยื่อชีวภาพสองชั้นที่มีการจัดระเบียบสูงซึ่งล้อมรอบสารพันธุกรรมนิวเคลียร์ของเซลล์ - นิวคลีโอพลาสซึม

ภายในเราพบโครมาตินซึ่งเป็นสารที่ประกอบด้วยดีเอ็นเอที่จับกับโปรตีนต่างๆซึ่งส่วนใหญ่เป็นฮิสโตนที่ช่วยให้บรรจุภัณฑ์มีประสิทธิภาพ แบ่งออกเป็น euchromatin และ heterochromatin

ภาพที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเผยให้เห็นว่าเมมเบรนด้านนอกสร้างความต่อเนื่องกับเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกดังนั้นจึงมีไรโบโซมที่ยึดกับเมมเบรนด้วย ในทำนองเดียวกันปริภูมินิวเคลียสจะสร้างความต่อเนื่องกับลูเมนของเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก

ที่ติดอยู่ที่ด้านข้างของนิวคลีโอพลาสซึมในเยื่อหุ้มชั้นในเราพบโครงสร้างคล้ายแผ่นซึ่งเกิดจากเส้นใยโปรตีนที่เรียกว่า "แผ่นนิวเคลียร์"

เมมเบรนของนิวเคลียสถูกเจาะโดยรูพรุนหลายรูที่อนุญาตให้มีการควบคุมการสัญจรของสารระหว่างพฤติกรรมนิวเคลียร์และไซโทพลาสซึม ตัวอย่างเช่นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมคาดว่ามีรูพรุนโดยเฉลี่ย 3,000 ถึง 4,000 รูขุมขน

มีมวลโครมาตินที่มีขนาดกะทัดรัดมากซึ่งยึดติดกับเยื่อด้านในของซองจดหมายยกเว้นบริเวณที่มีรูพรุน

ฟังก์ชัน

หน้าที่ที่ใช้งานง่ายที่สุดของเยื่อหุ้มนิวเคลียสคือการรักษาการแยกระหว่างนิวคลีโอพลาสซึม - เนื้อหาของนิวเคลียส - และไซโทพลาสซึมของเซลล์

ด้วยวิธีนี้ DNA จึงปลอดภัยและแยกออกจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นในไซโทพลาซึมและอาจส่งผลต่อสารพันธุกรรมในทางลบ

อุปสรรคนี้ทำให้เกิดการแยกทางกายภาพกับกระบวนการนิวเคลียร์เช่นการถอดความและจากกระบวนการไซโตพลาสซึมเช่นการแปล

การขนส่งแบบคัดเลือกของโมเลกุลขนาดใหญ่ระหว่างภายในนิวเคลียสและไซโทพลาซึมเกิดขึ้นเนื่องจากมีรูพรุนนิวเคลียร์และอนุญาตให้มีการควบคุมการแสดงออกของยีน ตัวอย่างเช่นในแง่ของการต่อกันของ RNA ก่อนส่งสารและการย่อยสลายของผู้ส่งสารที่เป็นผู้ใหญ่

หนึ่งในองค์ประกอบสำคัญคือแผ่นเคลือบนิวเคลียร์ สิ่งนี้ช่วยรองรับนิวเคลียสและเป็นที่ยึดสำหรับเส้นใยโครมาติน

สรุปได้ว่าเมมเบรนแกนไม่ใช่สิ่งกีดขวางแบบพาสซีฟหรือแบบคงที่ มันก่อให้เกิดการจัดระเบียบของโครมาตินการแสดงออกของยีนการยึดนิวเคลียสเข้ากับโครงร่างเซลล์กระบวนการแบ่งเซลล์และอาจมีหน้าที่อื่น ๆ

การอบรม

ในระหว่างกระบวนการแบ่งนิวเคลียสจำเป็นต้องมีการสร้างซองนิวเคลียร์ใหม่เนื่องจากในที่สุดเมมเบรนจะหายไป

สิ่งนี้เกิดขึ้นจากส่วนประกอบ vesicular จากเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกแบบหยาบ Microtubules และเซลลูลาร์มอเตอร์ของโครงร่างโครงร่างมีส่วนร่วมในกระบวนการนี้

ส่วนประกอบ

ซองจดหมายนิวเคลียร์ประกอบด้วยลิปิดลิปิดสองตัวซึ่งประกอบด้วยฟอสโฟลิปิดทั่วไปโดยมีโปรตีนในตัวหลายตัว ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มทั้งสองเรียกว่า intramembrane หรือ perinuclear space ซึ่งต่อกับลูเมนของเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก

ที่ด้านในของเมมเบรนนิวเคลียร์ด้านในมีชั้นที่โดดเด่นซึ่งประกอบด้วยเส้นใยกลางเรียกว่าลามินานิวเคลียร์ซึ่งติดอยู่กับโปรตีนเมมเบรนด้านในโดยใช้เฮเทอโรโครมารินเอช

ซองนิวเคลียร์มีรูพรุนนิวเคลียร์จำนวนมากซึ่งมีคอมเพล็กซ์รูขุมขนนิวเคลียร์ โครงสร้างรูปทรงกระบอกประกอบด้วย 30 นิวคลีโอโพริน (จะอธิบายในเชิงลึกในภายหลัง) มีเส้นผ่านศูนย์กลางกลางประมาณ 125 นาโนเมตร

โปรตีนเยื่อหุ้มนิวเคลียส

แม้จะมีความต่อเนื่องกับเรติคูลัม แต่เยื่อหุ้มด้านนอกและด้านในก็มีกลุ่มของโปรตีนเฉพาะที่ไม่พบในเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก ที่โดดเด่นที่สุดมีดังต่อไปนี้:

Nucleoporins

ในบรรดาโปรตีนเฉพาะของเยื่อหุ้มนิวเคลียสเรามีนิวคลีโอพอริน (หรือที่เรียกในวรรณคดีว่า Nups) โครงสร้างเหล่านี้เรียกว่าคอมเพล็กซ์รูขุมขนนิวเคลียร์ซึ่งประกอบด้วยชุดของช่องทางน้ำที่อนุญาตให้แลกเปลี่ยนโปรตีนอาร์เอ็นเอและโมเลกุลอื่น ๆ แบบสองทิศทาง

กล่าวอีกนัยหนึ่งนิวคลีโอพอรินทำหน้าที่เป็น "ประตู" โมเลกุลชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางทางผ่านของโมเลกุลต่างๆ

การตกแต่งภายในที่ไม่ชอบน้ำของช่องจะไม่รวมโมเลกุลของโมเลกุลขนาดใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดของขั้วเดียวกันและระดับของขั้ว โมเลกุลขนาดเล็กประมาณน้อยกว่า 40 kDa หรือไม่ชอบน้ำสามารถแพร่กระจายแบบพาสซีฟผ่านรูขุมขนที่ซับซ้อนได้

ในทางตรงกันข้ามโมเลกุลที่มีขั้วซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าจำเป็นต้องมีตัวลำเลียงนิวเคลียร์เพื่อเข้าสู่นิวเคลียส

ขนส่งผ่านช่องว่างนิวเคลียร์

การขนส่งผ่านคอมเพล็กซ์เหล่านี้ค่อนข้างมีประสิทธิภาพ ประมาณ 100 โมเลกุลของฮิสโตนสามารถผ่านรูขุมขนเดียวต่อนาที

โปรตีนที่ต้องส่งไปยังนิวเคลียสต้องจับกับอิมพอร์ตอินอัลฟา อิมพอตินเบต้าจะผูกคอมเพล็กซ์นี้เข้ากับวงแหวนรอบนอก ดังนั้นอิมพอร์ตอินอัลฟ่าที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนจึงสามารถข้ามรูขุมขนที่ซับซ้อนได้ ในที่สุดอิมพอร์ตอินเบต้าจะแยกตัวออกจากระบบในไซโตพลาสซึมและอิมพอร์ตอินอัลฟาสลายตัวภายในนิวเคลียส

โปรตีนเยื่อชั้นใน

โปรตีนอีกชุดหนึ่งมีความจำเพาะต่อเยื่อหุ้มชั้นใน อย่างไรก็ตามโปรตีนเมมเบรนส่วนใหญ่เกือบ 60 กลุ่มนี้ไม่ได้มีลักษณะเฉพาะแม้ว่าจะมีการพิสูจน์แล้วว่ามีปฏิกิริยากับลามินาและโครมาติน

มีหลักฐานเพิ่มขึ้นที่สนับสนุนการทำงานที่หลากหลายและจำเป็นสำหรับเยื่อหุ้มนิวเคลียสด้านใน ดูเหมือนว่าจะมีบทบาทในการจัดระเบียบของโครมาตินในการแสดงออกของยีนและในการเผาผลาญของสารพันธุกรรม

ในความเป็นจริงมีการค้นพบว่าตำแหน่งและหน้าที่ที่ไม่ถูกต้องของโปรตีนที่ประกอบเป็นเยื่อหุ้มชั้นในนั้นเชื่อมโยงกับโรคจำนวนมากในมนุษย์

โปรตีนเยื่อหุ้มชั้นนอก

โปรตีนเยื่อหุ้มนิวเคลียสเฉพาะชั้นที่สามอาศัยอยู่ในส่วนนอกของโครงสร้างดังกล่าว เป็นกลุ่มโปรตีนเมมเบรนที่แตกต่างกันมากซึ่งมีโดเมนร่วมกันที่เรียกว่า KASH

โปรตีนที่พบในบริเวณด้านนอกเป็น "สะพาน" ชนิดหนึ่งกับโปรตีนของเยื่อหุ้มนิวเคลียร์ด้านใน

การเชื่อมต่อทางกายภาพเหล่านี้ระหว่างโครงร่างโครงกระดูกและโครมาตินดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ของการถอดความการจำลองแบบและกลไกการซ่อมแซมดีเอ็นเอ

โปรตีนฟอยล์

กลุ่มสุดท้ายของโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์นิวเคลียร์ประกอบด้วยโปรตีนลามิน่าซึ่งเป็นเครือข่ายของเส้นใยกลางที่ประกอบด้วยลามิเนตชนิด A และ B แผ่นลามินามีความหนา 30 ถึง 100 นาโนเมตร

ลามินาเป็นโครงสร้างที่สำคัญที่ให้ความเสถียรแก่นิวเคลียสโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเนื้อเยื่อที่ต้องสัมผัสกับแรงทางกลอย่างต่อเนื่องเช่นเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ

เช่นเดียวกับโปรตีนภายในของเยื่อหุ้มเซลล์นิวเคลียร์การกลายพันธุ์ในลามินามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโรคของมนุษย์ที่มีความหลากหลายมาก

นอกจากนี้ยังพบหลักฐานมากขึ้นเรื่อย ๆ ที่เชื่อมโยงลามินานิวเคลียร์กับอายุ ทั้งหมดนี้เน้นถึงความสำคัญของโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์นิวเคลียร์ในการทำงานโดยรวมของเซลล์

เยื่อหุ้มนิวเคลียสในพืช

ในอาณาจักรพืชซองนิวเคลียร์เป็นระบบเมมเบรนที่สำคัญมากแม้ว่าจะมีการศึกษาน้อยมากก็ตาม แม้ว่าจะไม่มีความรู้ที่แน่ชัดเกี่ยวกับโปรตีนที่ประกอบเป็นเยื่อหุ้มนิวเคลียร์ในพืชชั้นสูง แต่ก็มีการระบุความแตกต่างบางประการกับอาณาจักรอื่น ๆ

พืชไม่มีลำดับที่เป็นเนื้อเดียวกันกับลามินาและแทนที่จะเป็นเซนโทรโซมมันเป็นเยื่อหุ้มนิวเคลียร์ที่ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการจัดระเบียบของไมโครทูบ

ด้วยเหตุนี้การศึกษาปฏิสัมพันธ์ของซองจดหมายนิวเคลียร์ในพืชกับองค์ประกอบของโครงกระดูกจึงเป็นหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับการศึกษา

อ้างอิง

Alberts, B. , & Bray, D. (2006). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับชีววิทยาของเซลล์ Panamerican Medical Ed.
Eynard, AR, Valentich, MA และ Rovasio, RA (2008) จุลชีววิทยาและตัวอ่อนของมนุษย์: ฐานเซลล์และโมเลกุล Panamerican Medical Ed.
เฮตเซอร์ MW (2010). ซองนิวเคลียร์ มุมมองของ Cold Spring Harbor ในชีววิทยา, 2 (3), a000539
Meier, I. (2008). การจัดระเบียบหน้าที่ของนิวเคลียสของพืช สปริงเกอร์
Ross, MH, และ Pawlina, W. (2006). จุลกายวิภาคศาสตร์เนื้อเยื่อ Lippincott Williams และ Wilkins
Welsch, U. , & Sobotta, J. (2008). จุลกายวิภาคศาสตร์เนื้อเยื่อ Panamerican Medical Ed.
Young, B. , Woodford, P. , & O'Dowd, G. (Eds.). (2014) Wheater เนื้อเยื่อวิทยาที่ใช้งานได้: ข้อความและ Atlas เป็นสี วิทยาศาสตร์สุขภาพเอลส์เวียร์

เยื่อหุ้มนิวเคลียส: ลักษณะหน้าที่และองค์ประกอบ - ชีววิทยา - 2025