NUKLEOPLAZMA: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA A FUNKCIE - ANATÓMIA A FYZIOLÓGIA - 2026

Nucleoplasm je látka, v ktorej DNA a ďalšie jadrové štruktúry, ako jadierok, sú vložené. Oddeľuje sa od bunkovej cytoplazmy cez membránu jadra, ale môže s ňou vymieňať materiály prostredníctvom jadrových pórov.

Jeho zložkami sú hlavne voda a séria cukrov, iónov, aminokyselín a proteínov a enzýmov zapojených do génovej regulácie, medzi nimi viac ako 300 proteínov iných ako históny. V skutočnosti je jeho zloženie podobné zloženiu bunkovej cytoplazmy.

V tejto jadrovej tekutine sú tiež nukleotidy, ktoré sú „stavebnými kameňmi“ používanými na konštrukciu DNA a RNA, pomocou enzýmov a kofaktorov. V niektorých veľkých bunkách, ako je napríklad acetabularia, je nukleoplazma jasne viditeľná.

Predpokladalo sa, že nukleoplazma pozostávala z amorfnej hmoty uzavretej v jadre, s výnimkou chromatínu a jadra. Vo vnútri nukleoplazmy je však proteínová sieť zodpovedná za organizovanie chromatínu a ďalších zložiek jadra, ktoré sa nazývajú jadrová matrica.

Nové techniky boli schopné lepšie zviditeľniť túto zložku a identifikovať nové štruktúry, ako sú intranukleárne listy, proteínové vlákna vychádzajúce z jadrových pórov a zariadenia na spracovanie RNA.

Všeobecné charakteristiky

Nukleoplazma, tiež nazývaná „jadrová šťava“ alebo karyoplazma, je protoplazmatický koloid s vlastnosťami podobnými cytoplazme, pomerne hustá a bohatá na rôzne biomolekuly, najmä proteíny.

V tejto látke sa nachádza chromatín a jeden alebo dva krvinky nazývané jadro. V tejto tekutine sú aj ďalšie obrovské štruktúry, ako sú okrem iného Cajalské telá, PML telá, špirálové telieska alebo jadrové škvrny.

Štruktúry potrebné na spracovanie messengerovej preRNA a transkripčné faktory sú sústredené v Cajalových telách.

Jadrové škvrny sa zdajú byť podobné Cajalovým telám, sú veľmi dynamické a pohybujú sa smerom k regiónom, kde je aktívna transkripcia.

PML telá sa javia ako markery pre rakovinové bunky, pretože neuveriteľne zvyšujú ich počet v jadre.

Existuje tiež rad sférických nukleárnych telies s priemerom medzi 0,5 a 2 um, tvorených guľôčkami alebo vláknami, ktoré, hoci boli hlásené v zdravých bunkách, ich frekvencia je oveľa vyššia v patologických štruktúrach.

Najdôležitejšie jadrové štruktúry, ktoré sú zabudované v nukleoplazme, sú opísané nižšie:

jadierka

Nukleol je vynikajúca sférická štruktúra umiestnená vo vnútri jadra buniek a nie je ohraničená žiadnym typom biomembrány, ktorá ich oddeľuje od zvyšku nukleoplazmy.

Skladá sa z oblastí nazývaných NOR (chromozomálne nukleárne organizačné oblasti), v ktorých sa nachádzajú sekvencie kódujúce ribozómy. Tieto gény sa nachádzajú v špecifických oblastiach chromozómov.

V špecifickom prípade ľudí sú organizované v satelitných oblastiach chromozómov 13, 14, 15, 21 a 22.

V jadre sa vyskytuje celý rad základných procesov, ako je transkripcia, spracovanie a zostavenie podjednotiek, ktoré tvoria ribozómy.

Na druhej strane, bez ohľadu na svoju tradičnú funkciu, nedávne štúdie zistili, že jadro je spojené s proteínmi supresorovými rakovinovými bunkami, regulátormi bunkového cyklu a proteínmi z vírusových častíc.

Subjadrové územia

Molekula DNA nie je náhodne dispergovaná v bunkovej nukleoplazme, je organizovaná vysoko špecifickým a kompaktným spôsobom so súborom vysoko konzervovaných proteínov v priebehu evolúcie nazývaných históny.

Proces organizovania DNA umožňuje zavedenie takmer štyroch metrov genetického materiálu do mikroskopickej štruktúry.

Táto asociácia genetického materiálu a proteínu sa nazýva chromatín. Toto je organizované v oblastiach alebo doménach definovaných v nukleoplazme a možno rozlišovať dva typy: euchromatín a heterochromatín.

Euchromatín je menej kompaktný a zahŕňa gény, ktorých transkripcia je aktívna, pretože transkripčné faktory a iné proteíny k nemu majú prístup na rozdiel od heterochromatínu, ktorý je vysoko kompaktný.

Heterochromatínové oblasti sa nachádzajú na periférii a euchromatín viac do stredu jadra a tiež blízko jadrových pórov.

Podobne sú chromozómy distribuované v špecifických oblastiach jadra nazývaných chromozomálne územia. Inými slovami, chromatín nie je náhodne vznášajúci sa v nukleoplazme.

Jadrová matica

Organizácia rôznych jadrových priestorov sa zdá byť diktovaná jadrovou matricou.

Je to vnútorná štruktúra jadra zložená z listu spojeného s komplexmi jadrových pórov, nukleárnych zvyškov a súboru vláknitých a granulovaných štruktúr, ktoré sú distribuované v celom jadre, ktoré zaberajú významný objem.

Štúdie, ktoré sa pokúsili charakterizovať matricu, dospeli k záveru, že je príliš rôznorodé na definovanie jej biochemického a funkčného zloženia.

Lamina je druh vrstvy zloženej z proteínov, ktorá sa pohybuje od 10 do 20 nm a je umiestnená vedľa vnútornej strany jadrovej membrány. Zloženie bielkovín sa líši v závislosti od študovanej taxonomickej skupiny.

Proteíny, ktoré tvoria vrstvu, sú podobné medzivláknam a okrem jadrovej signalizácie majú guľovité a valcovité oblasti.

Pokiaľ ide o vnútornú jadrovú matricu, obsahuje vysoký počet proteínov s väzbovým miestom pre messengerovú RNA a ďalšie typy RNA. V tejto vnútornej matrici nastáva replikácia DNA, nenukleárna transkripcia a post-transkripčné messengerové preRNA spracovanie.

Nucleoskeleton

Vo vnútri jadra je štruktúra porovnateľná s cytoskeletom v bunkách nazývaných nukleoskelet, tvorená proteínmi, ako je aktín, aII-spektrín, myozín a obrovský proteín nazývaný titín. Existencia tejto štruktúry je však stále predmetom diskusie vedcov.

štruktúra

Nukleoplazma je želatínová látka, v ktorej je možné rozlíšiť rôzne vyššie uvedené jadrové štruktúry.

Jednou z hlavných zložiek nukleoplazmy sú ribonukleoproteíny tvorené proteínmi a RNA tvorené oblasťou bohatou na aromatické aminokyseliny s afinitou k RNA.

Ribonukleoproteíny nachádzajúce sa v jadre sa špecificky nazývajú malé jadrové ribonukleoproteíny.

Biochemické zloženie

Chemické zloženie nukleoplazmy je komplexné, vrátane komplexných biomolekúl, ako sú jadrové proteíny a enzýmy, a tiež anorganických zlúčenín, ako sú soli a minerály, ako je draslík, sodík, vápnik, horčík a fosfor.

Niektoré z týchto iónov sú nevyhnutnými kofaktormi enzýmov, ktoré replikujú DNA. Obsahuje tiež ATP (adenozín trifosfát) a acetyl koenzým A.

V nukleoplazme je zabudovaná rad enzýmov potrebných na syntézu nukleových kyselín, ako je DNA a RNA. Medzi najdôležitejšie patria okrem iného DNA polymeráza, RNA polymeráza, NAD syntetáza, pyruvát kináza.

Jedným z najhojnejších proteínov v nukleoplazme je nukleoplastim, čo je kyslý a pentamérny proteín, ktorý má nerovnaké domény v hlave a chvoste. Jeho kyslá charakteristika dokáže chrániť pozitívne náboje prítomné v histónoch a dokáže sa asociovať s nukleozómom.

Nukleozómy sú tie guľovité štruktúry na náhrdelníku, ktoré sú tvorené interakciou DNA s histónmi. V tejto polovodnej matrici sa tiež vznášali malé lipidové molekuly.

Vlastnosti

Nukleoplazma je matica, v ktorej prebieha rad zásadných reakcií na správne fungovanie jadra a bunky vo všeobecnosti. Je to miesto, kde dochádza k syntéze DNA, RNA a ribozomálnych podjednotiek.

Funguje ako druh „matraca“, ktorý chráni štruktúry ponorené v ňom a poskytuje dopravný prostriedok.

Slúži ako medziprodukt suspenzie pre subnukleárne štruktúry a tiež pomáha udržiavať tvar jadra stabilný, čo mu dodáva tuhosť a húževnatosť.

Bola preukázaná existencia niekoľkých metabolických dráh v nukleoplazme, rovnako ako v bunkovej cytoplazme. V rámci týchto biochemických ciest je glykolýza a cyklus kyseliny citrónovej.

Bola tiež opísaná dráha pentózofosfátu, ktorá prispieva pentózam k jadru. Rovnakým spôsobom je jadrom syntetická zóna pre NAD ⁺ , ktorá funguje ako koenzým dehydrogenáz.

Messenger preRNA spracovanie

Spracovanie pre-mRNA sa uskutočňuje v nukleoplazme a vyžaduje prítomnosť malých nukleárnych ribonukleoproteínov, skrátene snRNP.

Jednou z najdôležitejších aktívnych aktivít, ktoré sa vyskytujú v eukaryotickej nukleoplazme, je syntéza, spracovanie, transport a export zrelých messengerových RNA.

Ribonukleoproteíny sa zoskupujú a vytvárajú zostrihozómový alebo zostrihový komplex, ktorý je katalytickým centrom zodpovedným za odstraňovanie intrónov z messengerovej RNA. Za rozpoznávanie intrónov je zodpovedná séria molekúl RNA s vysokým obsahom uracilu.

Spliciozóm sa okrem účasti ďalších proteínov skladá z asi piatich malých nukleárnych RNA nazývaných snRNA U1, U2, U4 / U6 a U5.

Nezabúdajme, že v eukaryotoch sú gény prerušené v molekule DNA nekódujúcimi oblasťami nazývanými intróny, ktoré je potrebné odstrániť.

Spájacia reakcia integruje dva po sebe idúce kroky: nukleofilný atak v 5 'zóne rezu interakciou s adenozínovým zvyškom susediacim s 3' zónou intrónu (krok, ktorým sa zbaví exón), po ktorom nasleduje spojenie exónov.

Referencie

1. Brachet, J. (2012). Molekulárna cytológia V2: Bunkové interakcie. Elsevier.
2. Guo, T. a Fang, Y. (2014). Funkčná organizácia a dynamika bunkového jadra. Frontiers in Plant Science, 5, 378.
3. Jiménez García, LF (2003). Bunková a molekulárna biológia. Pearsonovo vzdelávanie v Mexiku.
4. Lammerding, J. (2011). Mechanika jadra. Comprehensive Physiology, 1 (2), 783–807.
5. Pederson, T. (2000). Polstoročie „jadrovej matice“. Molecular Biology of Cell, 11 (3), 799 - 805.
6. Pederson, T. (2011). Predstavené jadro. Perspectives of Biology, Cold Spring Harbor, 3 (5), a000521.
7. Welsch, U. a Sobotta, J. (2008). Histológie. Panamerican Medical Ed.