Nucleul - Rolul lui in celula

Nucleul - Rolul lui in celula

Locul nucleului in organizarea celulei:

Nucleul este componentul subcelular in care sunt localizati cromozomii> ca atare, nucleul este present in toate celulele, este characteristic numai celulelor euariote si numai in interfaza (perioada dintre 2 divizari succesive).

Nucleul este centrul vital al celulei eucariote, este sediul informatiei genetice inscrisa in molecula de ADN (este informatia pe baza careia se sintetizeaza proteinele).

-este sediul copierii mesajului genetic (acest lucru se numeste autoreplicarea ADN-ului)

-este sediul transcriptiei mesajului genetic (sediul biogenezei ARN-ului mesager)

-Nucleul coordoneaza toate reactiile chimice legate de desfasurarea proceselor vitale din celula prin controlul asupra sintezei protein-enzimelor. El coordoneaza insasi organizarea celulei prin controlul asupra sintezei proteinelor de structura, caci nu exista structuri celulare fara proteine.

-Nucleul este cel mai important salt in evolutia celulei.

-Tot la nivelul nucleului ete localizat codul genetic. Acesta este un dictionar de corespondenta intre semnele din limbajul nuclear si limbajul citoplasmatic. Semnele limbajului nuclear sunt: ADN - ARN mesager, bazele purinice si pirimidinice.

-Limbajul citoplasmatic cuprinde limbajul proteinelor si al aminoacizilor.

Caractere generale ale nucleului:

1.Raspandirea

-Este present in toate celulele organismului uman, cu cateva exceptii (hematia adulta, trombocitul fragment de celula). Acestea deprezinta stadii finale din evolutia unui anumit tip celular.

-Nici o celula fara nucleu nu poate creste

2.Numarul

-De regula se spune o celula, un nucleu

-Exceptii: hepatocitul, care este in proportie de 10% o celula binucleara; celule cu zeci de nuclei (osteoclastul, macrofagul tesutului osos, poate prezenta de la 20 la 50 de nuclei); exista si celule cu sute de nuclei (celula musculara striata scheletala - fibra musculara; pe un cm, celula musculara striata poate prezenta de la 20-40 nuclei).

3.Forma nucleului

-De obicei, forma nucleului urmareste forma celulei. Ex: nucleu de forma rotund-ovalara, pe care il intalnim in celulele izodiametrice, celulele cubice, celulele sferice sau cele poliedrice (poligonale).

-Nucleu alungit: in plan vertical (la celulele alungite), sau in plan orizontal (la celulele musculare netede)

-Nucleu turtit si impins la periferia celulelor (nucleul adipocitelor albe)

-Nucleu lobat, care prezinta mai multi lobi (2-6 lobi), uniti prin punti fine de cromatina, este vorba de nucleul polimorfonuclearelor (in special neutrofilul).

-Nucleu inmugurit (la nivelul megacariocitului)

4.Asezarea (localizarea)

-De obicei ocupa o pozitie centrala (numita si strategica), datorita rolului pe care il indeplineste, dar exista si o serie de exceptii:

-Nucleu localizat excentric, la celulele care acumuleaza o serie de produsi in citoplasma (ex: celulele adipoase sau celulele secretoare de mucus)

-Localizarea intre treimea medie si treimea bazala in celulele secretoare de proteine (pancreas, parotida).

5.Dimensiunile

-De la 5 pana la 15 microni

-Variatia dimensiunilor nucleului este mai mica decat variatia dimensiunilor celulei.

-Pentru aceeasi functie, nucleul celulelor tinere este mai mare decat cel al celulelor mature.

-Exista variatii dimensionale care reprezinta un indicator al activitatii celulei.

-Hiperfunctia se insoteste de o crestere a dimensiunilor celulei, pe cand hipofunctia celulei este insotita de o scadere a dimensiunilor celulei.

-Exista variatii ale dimensiunilor nucleului legate de varsta organismului. Nucleul celulelor unui organism tanar este mai mare decat nucleul aceloras cellule aflate intr-un organism in varsta. De asemenea ritmul zi-noapte influenteaza si imprima variatii ale volumului nuclear. O prima variatie este determinate de nr seturilor de cromozomi. O celula care are 2n, nucleul ei va fi mai mic decat nucleul unei cellule care are un set de cromozomi 8n sau 32n (megacariocit).

-Exista variatii de dimensiune legata de o serie de procese patologice cum ar fi:

-In cazul unor afectiuni toxice la nivelul celulei

-In boala de iradiere

-In boala neoplazica - de obicei, in cazul neoplasmelor, nucleii sunt de talie foarte mare si cu aspect extreme de variat, iar uneori pot lua un aspect monstrous.

6.Raportul nucleo-plasmatic

Def: Reprezinta raportul volumetric intre nucleu si citoplasma, este characteristic fiecarui tip celular. Acest raport trebuie sa fie onstant, perturbarea lui este considerata ca un stimul pentru delansarea diviziunii celulare. In conditii patologice, raportul nucleu-citoplasma poate fi complet modificat in favoarea nucleului, in special in procesele neoplazice.

7.Componenetele nucleului:

In general, intr-un nucleu distingem urmatoarele parti componente:

A.Invelisul nuclear

B.Nucleoplasma (carioplasma):

-cromatina

-sucul nuclear (cariolimfa), care corespunde electrono-microscopic asa-numitelor spatii intercromatiniene.

C.Nucleolul

In interiorul nucleului nu exista membrane, interiorul nucleului nu este compartimentat. Fiecare dintre componenetele nucleului a fost izolata in stare pura prin tehnica de fractionare celulara, urmata de frationare nucleara si reprezinta elementul de studio intensive pt    ultimele 2 decenii in domeniul electrono-microscopic si biochimic.

INVELISUL NUCLEAR

Este un complex membranar (characteristic celulelor eucariote), care separa numai in interfaza continutul nuclear de cel citoplasmatic. Termenul de invelis nuclear a fost folost prima data in 1953 de catre Anderson si astazi este larg raspandit in domeniul medical.

Termenul de membrane nucleara folosit uneori este inadecvat pt a denumi un invelis atat de complex cum este cel nuclear.

Importanta invelisului nuclear

Prezenta inv nuclear si prin aceasta a nucleului ca entitate subcelulara individualizata este o strasatura esentiala morfologica ce deosebeste eucariotele de procariote.

Aparitia in evolutia celulei a invelisului nuclear a reprezentat un avantaj decisive prin crearea unui compartiment subcelular separat in care isi are sediul ADN-ul si unde au loc procesele de autoreplicare si transcriptie a ADN-ului. Probabil ca acest lucru asigura o stabilitate genetica mai mare eucariotelor in raport cu procariotele.

Ultrastructura invelisului nuclear nu este microscopica, ci inframicroscopica. Altfel spus, este prea subtire pentru a putea fi observata la microscopul optic, grosimea fiind de aproximativ 400 de A. Ceea ce vedem la microscopul optic, ca limita nucleo-citoplasmatica, nu este invelisul nuclear ca atare, ci conturul cromatinei, caci suprafata interna a invelisului nuclear este acoperita de un strat dens de cromatina.

Ultrastructural, invelisul nuclear are 2 carateristici esentiale si anume:

este dublu (este format din 2 membrane concentrice)

prezinta pori.

Componentele invelisului:

-membrana nucleara interna si externa

-spatiul perinuclear (intre cele 2 membrane)

-porii

-materialul anular (anulii)

-lamina densa interna

Ultrastructura invelisului nuclear este similara indifferent de tipul celular, de specie, dar este optimizata in raport cu functiile pe care le indeplineste.

Structura si caracteristicile:

1.Membranele invelisului cuclear

-Membrana externa este in contact direct cu citoplasma sip e suprafata ei se pot atasa ribozomi. Uneori se poate surprinde chiar continuitatea ei cu membranele reticulului endoplasmic.

-Membrana nucleara interna delimiteaza continutul nuclear, ambele membrane au o grosime in jur de 70-80 A.

Organizarea moleculara:

Cel putin apparent, cele 2 membrane au o ultrastructura asemanatoare altor citomembrane, adica apar trilaminate la microscopul electronic de transmisie (MET) si anume fiecare dintre ele este alcatuita din 3 straturi, un strat osmiofob (apare clar la fluxul de electroni), flancat de 2 straturi osmiofile (dense la fluxul de electroni).

Din pct de vedere chimic, la nivelul membranelor intalnim: proteine, lipide, raportul este 2 la 1, mai intalnim glucide (in proportie mica). Proteinele sunt de o mare diversitate, de exemplu in membrana hepatocitelor au fost identificate peste 20 de tipuri de proteine, de curand au fost identificate calmodulinele responsabile de reglarea celor mai multe functii intracelulare dependende de ionii de Calciu.

Spatiul perinuclear (cisterna perinucleara)

Se afla cuprins intre cele 2 membrane, are o grosime cuprinsa intre 200-300 A, insa variaza de la o celula la alta si chiar la aceeasi celula. Se presupune ca diferenta de grosime ar reflecta stari functionale diferite, dar in realitate ar putea fi simple artefacte (defecte in timpul realiz preparatului).

Patologic, distensia spatiului perinuclear intalnita la nivelul hepatocitelor, a fost indentificata in intoxicatiile acute.

Continutul spatiului perinuclear

Folodindu-se tehnici speciale de fixare pt MET, nu s-a depistat o structura macromoleculara la acest nivel, dar aceasta nu inseamna un vid de material biologic. Prin tehnica de criodesicare s-au evidentiat in lumenul cisternei perinucleare structuri filamentoase a caror semnificatie ramane de stabilit.Cercetari recente de citochimie analitica cu raze X, realizate in 1980 de catre prof. I. Diculescu si colaboratorul sau L. Popescu, au aratat ca in cisterna perinucleara se stocheaza mari cantitai de ioni de Ca ce reprezinta un rol important in homeostazia intracelulara a acestor ioni.

Porii nucleari

Termenul de por este foarte larg folosit si reprezinta discontinuitati (orificii) in invelisul nuclear rezultate din fuzionarea celor 2 membrane.

Dimensiunile porilor variaza intre 7-8 A, deci ei nu pot fi observati ca atare.

De asemenea, porii invelisului nuclear nu sunt similari cu porii din membrana celulara (acele canale ionice din membrana celulara).

Importanta: Ei au un rol essential in realizarea schimburilor dintre nucleu si citoplasma, de asemenea la nivelul lor are loc transferal informatiei genetice, de asemenea are loc transferul de macromolecule de ARN mesager, de transport si ribozomal.

Structura porilor (complex por)

Din primele cercetari de microscopie electronica, s-a creditat ideea ca acestia au o forma circulara, insa ulterior s-a sugerat ideea ca ar avea o forma octogonala. In prezent se admite ca forma porilor poate varia intre circular si polygonal.

Numarul porilor este proportional cu activitatea de sinteza proteica a celulei. Altfel spus, cu cat celula este mai activa functional, are un nr mai mare de pori la nivelul invelisului nuclear, deoarece este nevoie de un transfer mai mare de ARN din nucleu in citoplasma, dar pt acelasi tip de celula, in stadiul tanar celula are mai multi pori la nivelul invelisului nuclear decat in faza de maturitate.

Porii nu sunt structuri permanente, inuabile (nu se modifica), ci din contra, sunt structuri dinamice care pot dispare in faza de repaus functional. Distributia porilor pare sa nu fie intamplatoare, ei de cele mai multe ori se gasesc dispusi la o distanta regulate (aprox 1300 A).

Componenetele porului:

Materialul anular (anulii) - sunt formatiuni ultrastructurale atasatecircumferitei porului, care se proiecteaza atat pe versantul citoplasmatic, cat sip e versantul nuceloplasmic. Acest material anular + porul propriu-zis formeaza complexul por. Componentele complexului por sunt:

-matricea anulara (un inel de material dens atasat porului). Din pct de vedere chimic, matricea contine proteine.

-mase anulare, care sunt 8 particule sferice prezente in matrice.

-Diafragmul porului, care de multe ori oblitereaza orificiul sau. Nu este o membrana propriu-zisa

-Granula centrala, care ocupa uneori centrul porului si a fost ocnsiderata un del de guardian al porului.

-Lamina densa interna - este o structura electrono-opaca aplicata pe frontul nucleoplasmic al membranei nucleare interne. Este ultimul element al invelisului por.

Ultrastructural, are un aspect fin fibrilar, compozitia chimica nu este cunoscuta, de asemenea nici rolul nu este bine determinat.