นิวเคลียสของเซลล์: ลักษณะหน้าที่โครงสร้าง - ชีววิทยา - 2026

นิวเคลียสของเซลล์เป็นช่องพื้นฐานของเซลล์ยูคาริโอ เป็นโครงสร้างที่เด่นชัดที่สุดของเซลล์ประเภทนี้และมีสารพันธุกรรม มันกำกับกระบวนการของเซลล์ทั้งหมด: มีคำแนะนำทั้งหมดที่เข้ารหัสใน DNA เพื่อทำปฏิกิริยาที่จำเป็น มีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการแบ่งเซลล์

เซลล์ยูคาริโอตทั้งหมดมีนิวเคลียสยกเว้นตัวอย่างเฉพาะบางตัวอย่างเช่นเซลล์เม็ดเลือดแดงที่โตเต็มที่ (เม็ดเลือดแดง) ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและเซลล์ต้นฟลอกในพืช ในทำนองเดียวกันมีเซลล์ที่มีนิวเคลียสมากกว่าหนึ่งเซลล์เช่นเซลล์กล้ามเนื้อเซลล์ตับและเซลล์ประสาท

นิวเคลียสถูกค้นพบในปี 1802 โดย Franz Bauer; อย่างไรก็ตามในปีพ. ศ. 2373 โรเบิร์ตบราวน์นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตเห็นโครงสร้างนี้และได้รับความนิยมในฐานะผู้ค้นพบหลัก เนื่องจากมีขนาดใหญ่จึงสามารถสังเกตได้อย่างชัดเจนภายใต้กล้องจุลทรรศน์ นอกจากนี้ยังเป็นโครงสร้างที่ย้อมสีได้ง่าย

นิวเคลียสไม่ใช่เอนทิตีทรงกลมที่เป็นเนื้อเดียวกันและคงที่โดยมีดีเอ็นเอกระจายตัว เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนและซับซ้อนโดยมีส่วนประกอบและชิ้นส่วนต่างๆอยู่ภายใน นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตลอดวงจรเซลล์

ลักษณะเฉพาะ

นิวเคลียสเป็นโครงสร้างหลักที่ช่วยให้เกิดความแตกต่างระหว่างเซลล์ยูคาริโอตและเซลล์โปรคาริโอต เป็นช่องเซลล์ที่ใหญ่ที่สุด โดยทั่วไปนิวเคลียสจะอยู่ใกล้กับใจกลางเซลล์ แต่มีข้อยกเว้นเช่นเซลล์พลาสมาและเซลล์เยื่อบุผิว

เป็นออร์แกเนลล์รูปทรงกลมเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5 µm โดยเฉลี่ย แต่สามารถเข้าถึงได้ 12 µm ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ ฉันสามารถครอบครองได้ประมาณ 10% ของปริมาตรเซลล์ทั้งหมด

มันมีซองจดหมายนิวเคลียร์ที่เกิดจากเยื่อสองอันที่แยกออกจากไซโทพลาซึม สารพันธุกรรมถูกจัดระเบียบร่วมกับโปรตีนภายใน

แม้ว่าจะไม่มีส่วนย่อยของเยื่อหุ้มอื่น ๆ ภายในนิวเคลียส แต่ก็สามารถแยกแยะชุดของส่วนประกอบหรือบริเวณภายในโครงสร้างที่มีหน้าที่เฉพาะได้

คุณสมบัติ

นิวเคลียสเป็นส่วนประกอบของฟังก์ชันที่ไม่ธรรมดาเนื่องจากมีการรวบรวมข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดของเซลล์ (ไม่รวมดีเอ็นเอไมโทคอนเดรียและดีเอ็นเอของคลอโรพลาสต์) และกำกับกระบวนการแบ่งเซลล์ โดยสรุปหน้าที่หลักของเคอร์เนลมีดังนี้:

การควบคุมยีน

การมีอยู่ของลิปิดกั้นระหว่างสารพันธุกรรมและส่วนประกอบที่เหลือของไซโตพลาสซึมช่วยลดการรบกวนของส่วนประกอบอื่น ๆ ในการทำงานของดีเอ็นเอ นี่แสดงถึงนวัตกรรมเชิงวิวัฒนาการที่มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับกลุ่มยูคาริโอต

ตัดและประกบ

กระบวนการเชื่อมต่อของ Messenger RNA เกิดขึ้นในนิวเคลียสก่อนที่โมเลกุลจะเดินทางไปยังไซโทพลาซึม

วัตถุประสงค์ของกระบวนการนี้คือการกำจัดอินตรอน ("ชิ้นส่วน" ของสารพันธุกรรมที่ไม่ได้เข้ารหัสและขัดขวางเอ็กซอนพื้นที่ที่เข้ารหัส) ออกจากอาร์เอ็นเอ ต่อมา RNA ออกจากนิวเคลียสซึ่งจะถูกแปลเป็นโปรตีน

มีฟังก์ชั่นอื่น ๆ ที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นของโครงสร้างเคอร์เนลแต่ละตัวที่จะกล่าวถึงในภายหลัง

โครงสร้างและองค์ประกอบ

นิวเคลียสประกอบด้วยส่วนที่กำหนดไว้สามส่วน ได้แก่ ซองนิวเคลียร์โครมาตินและนิวคลีโอลัส เราจะอธิบายแต่ละโครงสร้างโดยละเอียดด้านล่าง:

เยื่อหุ่มนิวเคลียส

ซองนิวเคลียร์ประกอบด้วยเยื่อที่มีลักษณะเป็นไขมันและแยกนิวเคลียสออกจากส่วนอื่น ๆ ของเซลล์ เมมเบรนนี้มีสองเท่าและระหว่างนี้จะมีช่องว่างเล็ก ๆ เรียกว่าปริภูมินิวเคลียร์

ระบบเมมเบรนด้านในและด้านนอกสร้างโครงสร้างต่อเนื่องกับเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก

ระบบพังผืดนี้ถูกขัดจังหวะโดยชุดของรูพรุน ช่องนิวเคลียร์เหล่านี้อนุญาตให้แลกเปลี่ยนวัสดุกับไซโทพลาสซึมได้เนื่องจากนิวเคลียสไม่ได้ถูกแยกออกจากส่วนที่เหลืออย่างสมบูรณ์

ซับซ้อนรูขุมขนนิวเคลียร์

ผ่านรูพรุนเหล่านี้การแลกเปลี่ยนสารเกิดขึ้นในสองวิธี: แบบพาสซีฟโดยไม่ต้องใช้พลังงาน หรือใช้งานอยู่โดยมีค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน โมเลกุลขนาดเล็กเช่นน้ำหรือเกลือที่มีขนาดเล็กกว่า 9 นาโนเมตรหรือ 30-40 kDa สามารถเข้าและออกได้

สิ่งนี้เกิดขึ้นในทางตรงกันข้ามกับโมเลกุลที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงซึ่งต้องใช้ ATP (พลังงาน - อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต) เพื่อเคลื่อนที่ผ่านช่องเหล่านี้ โมเลกุลขนาดใหญ่ ได้แก่ ชิ้นส่วนของ RNA (กรดไรโบนิวคลีอิก) หรือสารชีวโมเลกุลอื่น ๆ ที่มีลักษณะเป็นโปรตีน

รูขุมขนไม่ได้เป็นเพียงรูที่โมเลกุลผ่านเท่านั้น เป็นโครงสร้างโปรตีนขนาดใหญ่ซึ่งสามารถมีโปรตีนได้ 100 หรือ 200 ชนิดและเรียกว่า "นิวเคลียร์รูขุมขน" โครงสร้างมันดูเหมือนห่วงบาสเก็ตบอลมาก โปรตีนเหล่านี้เรียกว่านิวคลีโอพอริน

สารซับซ้อนนี้ถูกพบในสิ่งมีชีวิตจำนวนมากตั้งแต่ยีสต์ไปจนถึงมนุษย์ นอกจากฟังก์ชันการขนส่งของเซลล์แล้วยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมการแสดงออกของยีนอีกด้วย พวกมันเป็นโครงสร้างที่ขาดไม่ได้สำหรับยูคาริโอต

ในแง่ของขนาดและจำนวนคอมเพล็กซ์สามารถมีขนาดถึง 125 MDa ในสัตว์มีกระดูกสันหลังและนิวเคลียสในสัตว์กลุ่มนี้สามารถมีรูพรุนได้ประมาณ 2,000 รูขุมขน ลักษณะเหล่านี้แตกต่างกันไปตามอนุกรมวิธานที่ศึกษา

โครมาติน

Chromatin พบในนิวเคลียส แต่เราไม่สามารถพิจารณาว่าเป็นช่องของมันได้ ได้รับการตั้งชื่อตามความสามารถในการระบายสีที่ยอดเยี่ยมและสามารถสังเกตได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์

ดีเอ็นเอเป็นโมเลกุลเชิงเส้นที่ยาวมากในยูคาริโอต การบดอัดเป็นกระบวนการสำคัญ สารพันธุกรรมเกี่ยวข้องกับชุดของโปรตีนที่เรียกว่าฮิสโตนซึ่งมีความสัมพันธ์กับดีเอ็นเอสูง นอกจากนี้ยังมีโปรตีนประเภทอื่น ๆ ที่สามารถโต้ตอบกับดีเอ็นเอและไม่ใช่ฮิสโตน

ในฮิสโตนดีเอ็นเอจะม้วนตัวและสร้างโครโมโซม สิ่งเหล่านี้เป็นโครงสร้างแบบไดนามิกและไม่พบในรูปทรงทั่วไปอย่างต่อเนื่อง (Xs และ Ys ที่เราคุ้นเคยในภาพประกอบในหนังสือ) การจัดเรียงนี้จะปรากฏในระหว่างกระบวนการแบ่งเซลล์เท่านั้น

ในระยะที่เหลือ (เมื่อเซลล์ไม่ได้อยู่ในกระบวนการแบ่งตัว) โครโมโซมแต่ละตัวจะไม่สามารถแยกแยะได้ ข้อเท็จจริงนี้ไม่ได้ชี้ให้เห็นว่าโครโมโซมเป็นเนื้อเดียวกันหรือกระจายไปทั่วนิวเคลียสอย่างไม่เป็นระเบียบ

ที่อินเทอร์เฟซโครโมโซมจะถูกจัดระเบียบเป็นโดเมนเฉพาะ ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโครโมโซมแต่ละตัวจะมี "อาณาเขต" ที่เฉพาะเจาะจง

ประเภท Chromatin

สามารถแยกแยะโครมาตินได้สองประเภท: เฮเทอโรโครมาตินและยูโครมาติน ชนิดแรกมีการควบแน่นสูงและตั้งอยู่ที่รอบนอกของนิวเคลียสดังนั้นเครื่องมือถอดความจึงไม่สามารถเข้าถึงยีนเหล่านี้ได้ ยูโครมาตินมีการจัดระเบียบอย่างหลวม ๆ

เฮเทอโรโครมาตินแบ่งออกเป็นสองประเภทคือเฮเทอโรโครมาตินที่เป็นส่วนประกอบซึ่งไม่เคยแสดงออกมา และเฮเทอโรโครมาตินแบบ facultative ซึ่งไม่ได้รับการถ่ายทอดในบางเซลล์และอยู่ในเซลล์อื่น

ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดของเฮเทอโรโครมาตินในฐานะตัวควบคุมการแสดงออกของยีนคือการควบแน่นและการหยุดทำงานของโครโมโซม X ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมตัวเมียจะมีโครโมโซมเพศ XX ในขณะที่เพศผู้เป็น XY

ด้วยเหตุผลด้านปริมาณยีนผู้หญิงไม่สามารถมียีน X ได้มากเป็นสองเท่าของเพศชาย เพื่อหลีกเลี่ยงความขัดแย้งนี้โครโมโซม X จะถูกปิดใช้งานแบบสุ่ม (กลายเป็นเฮเทอโรโครมาติน) ในแต่ละเซลล์

นิวคลีโอลัส

นิวคลีโอลัสเป็นโครงสร้างภายในที่เกี่ยวข้องมากของนิวเคลียส ไม่ใช่ช่องที่ถูกคั่นด้วยโครงสร้างเยื่อ แต่เป็นบริเวณที่มืดกว่าของนิวเคลียสที่มีหน้าที่เฉพาะ

ยีนที่เป็นรหัสสำหรับไรโบโซมอาร์เอ็นเอที่ถ่ายทอดโดย RNA พอลิเมอเรส I ถูกจัดกลุ่มในบริเวณนี้ในดีเอ็นเอของมนุษย์ยีนเหล่านี้พบในดาวเทียมของโครโมโซมต่อไปนี้: 13, 14, 15, 21 และ 22 สิ่งเหล่านี้คือ นิวคลีโอลาร์ออร์กาไนเซอร์

ในทางกลับกันนิวคลีโอลัสจะถูกแยกออกเป็นสามบริเวณที่ไม่ต่อเนื่อง: ศูนย์ไฟบริลลาร์ส่วนประกอบของไฟบริลลาร์และส่วนประกอบที่เป็นเม็ด

การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้รวบรวมหลักฐานมากขึ้นเรื่อย ๆ เกี่ยวกับหน้าที่เพิ่มเติมที่เป็นไปได้ของนิวคลีโอลัสไม่เพียง แต่ จำกัด เฉพาะการสังเคราะห์และการประกอบของไรโบโซมอาร์เอ็นเอ

ปัจจุบันเชื่อกันว่านิวคลีโอลัสอาจเกี่ยวข้องกับการประกอบและการสังเคราะห์โปรตีนที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ยังมีหลักฐานการดัดแปลงหลังการถอดเสียงในเขตนิวเคลียร์นี้

นิวคลีโอลัสยังเกี่ยวข้องกับการทำงานของกฎข้อบังคับ การศึกษาชิ้นหนึ่งแสดงให้เห็นว่าเกี่ยวข้องกับโปรตีนต้านเนื้องอกอย่างไร

ศพของ Cajal

ศพของ Cajal (เรียกอีกอย่างว่าร่างกายขด) มีชื่อนี้เพื่อเป็นเกียรติแก่ผู้ค้นพบ Santiago Ramón y Cajal นักวิจัยคนนี้สังเกตเห็นเม็ดเลือดแดงเหล่านี้ในเซลล์ประสาทในปี 1903

เป็นโครงสร้างขนาดเล็กในรูปทรงกลมและมีตั้งแต่ 1 ถึง 5 สำเนาต่อนิวเคลียส ร่างกายเหล่านี้มีความซับซ้อนมากโดยมีส่วนประกอบที่ค่อนข้างสูงรวมถึงปัจจัยการถอดเสียงและเครื่องจักรที่เกี่ยวข้องกับการต่อประกบ

โครงสร้างทรงกลมเหล่านี้พบได้ในส่วนต่างๆของนิวเคลียสเนื่องจากเป็นโครงสร้างเคลื่อนที่ โดยทั่วไปมักพบในนิวคลีโอพลาสซึมแม้ว่าในเซลล์มะเร็งจะพบในนิวคลีโอลัส

แกนกล่องมีสองประเภทโดยจำแนกตามขนาด: ใหญ่และเล็ก

ร่างกาย PML

PML (promyelocytic leukemia) เป็นพื้นที่ย่อยนิวเคลียสทรงกลมขนาดเล็กที่มีความสำคัญทางคลินิกเนื่องจากมีความเกี่ยวข้องกับการติดเชื้อไวรัสและการสร้างเซลล์สืบพันธุ์

พวกเขาเป็นที่รู้จักในชื่อต่างๆในวรรณคดีเช่นโดเมนนิวเคลียร์ 10, Kremer body และ PML oncogenic Domains

นิวเคลียสมี 10 ถึง 30 ของโดเมนเหล่านี้และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 ถึง 1.0 µm ในบรรดาหน้าที่ของมันการควบคุมยีนและการสังเคราะห์ RNA นั้นโดดเด่น

อ้างอิง

1. อดัม, SA (2001). รูขุมขนที่ซับซ้อน ชีววิทยาของจีโนม, 2 (9), บทวิจารณ์ 0007.1-reviews0007.6.
2. Audesirk, T. , Audesirk, G. , & Byers, พ.ศ. (2546). ชีววิทยา: สิ่งมีชีวิตบนโลก การศึกษาของ Pearson
3. Boisvert, FM, Hendzel, MJ และ Bazett-Jones, DP (2000) Promyelocytic leukemia (PML) ร่างกายนิวเคลียร์เป็นโครงสร้างโปรตีนที่ไม่สะสม RNA วารสารชีววิทยาของเซลล์, 148 (2), 283-292.
4. บุช, H. (2012). นิวเคลียสของเซลล์ เอลส์
5. Cooper, GM และ Hausman, RE (2000) เซลล์: วิธีการทางโมเลกุล ซันเดอร์แลนด์แมสซาชูเซตส์: Sinauer Associates
6. Curtis, H. , & Schnek, A. (2008). เคอร์ติส ชีววิทยา. Panamerican Medical Ed.
7. Dundr, M. , และ Misteli, T. (2001). สถาปัตยกรรมการทำงานในนิวเคลียสของเซลล์ วารสารชีวเคมี, 356 (2), 297-310.
8. Eynard, AR, Valentich, MA และ Rovasio, RA (2008) จุลชีววิทยาและตัวอ่อนของมนุษย์: ฐานเซลล์และโมเลกุล Panamerican Medical Ed.
9. เฮทเซอร์, MW (2010). ซองนิวเคลียร์ มุมมองของ Cold Spring Harbor ในชีววิทยา, 2 (3), a000539
10. Kabachinski, G. , & Schwartz, TU (2015). รูขุมขนนิวเคลียร์ซับซ้อน - โครงสร้างและหน้าที่ได้อย่างรวดเร็ว วารสารวิทยาศาสตร์เซลล์, 128 (3), 423-429.
11. Montaner, AT (2002). อุปกรณ์เสริมของ Cajal Rev esp Patol, 35, (4), 529-532
12. Newport, JW และ Forbes, DJ (1987) นิวเคลียส: โครงสร้างหน้าที่และพลวัต การทบทวนชีวเคมีประจำปี, 56 (1), 535-565.