NUKLEOPLASMA: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA A FUNKCE - ANATOMIE A FYZIOLOGIE - 2025

Nucleoplasm je látka, ve které DNA a další jaderné struktury, jako jadérek, jsou vloženy. Oddělí se od buněčné cytoplazmy přes membránu jádra, ale může s ní vyměňovat materiály přes jaderné póry.

Jeho složkami jsou hlavně voda a řada cukrů, iontů, aminokyselin a proteinů a enzymů podílejících se na regulaci genů, mezi nimi více než 300 proteinů jiných než histony. Ve skutečnosti je jeho složení podobné složení buněčné cytoplazmy.

V této jaderné tekutině jsou také nukleotidy, které jsou „stavebními bloky“ používanými pro konstrukci DNA a RNA, pomocí enzymů a kofaktorů. V některých velkých buňkách, jako je acetabularie, je nukleoplasma jasně viditelná.

Předpokládalo se, že nukleoplasma sestává z amorfní hmoty uzavřené v jádru, s výjimkou chromatinu a nukleolu. Uvnitř nukleoplasmy je však proteinová síť zodpovědná za organizaci chromatinu a dalších složek jádra, které se nazývají jaderná matrice.

Nové techniky byly schopny lépe vizualizovat tuto složku a identifikovat nové struktury, jako jsou intranukleární listy, proteinová vlákna vycházející z jaderných pórů a stroje na zpracování RNA.

Obecné vlastnosti

Nukleoplasma, také nazývaná „jaderná šťáva“ nebo karyoplasma, je protoplasmatický koloid s vlastnostmi podobnými cytoplazmě, relativně hustá a bohatá na různé biomolekuly, zejména proteiny.

V této látce se nachází chromatin a jeden nebo dva krvinky nazývané jádro. V této tekutině jsou také jiné obrovské struktury, jako jsou například těla Cajal, těla PML, spirálová těla nebo jaderné flíčky.

Struktury nezbytné pro zpracování messengerovy preRNA a transkripčních faktorů jsou soustředěny v tělech Cajalu.

Nukleární skvrny se zdají být podobné Cajalovým tělům, jsou velmi dynamická a pohybují se směrem k regionům, kde je aktivní transkripce.

Těla PML se zdají být markery rakovinných buněk, protože neuvěřitelně zvyšují jejich počet v jádru.

Existuje také řada sférických nukleárních těl, která se pohybují v rozmezí mezi 0,5 a 2 um v průměru, tvořená kulovitými nebo vláknitými vlákny, která, ačkoli byla hlášena ve zdravých buňkách, jejich frekvence je mnohem vyšší v patologických strukturách.

Nejdůležitější jaderné struktury, které jsou zabudovány do nukleoplasmy, jsou popsány níže:

Nucleoli

Nukleolus je vynikající sférická struktura umístěná uvnitř jádra buněk a není ohraničena žádným typem biomembrány, která je odděluje od zbytku nukleoplasmy.

Skládá se z oblastí zvaných NOR (chromozomální nukleární organizátorové oblasti), kde jsou umístěny sekvence kódující ribozomy. Tyto geny se nacházejí ve specifických oblastech chromozomů.

Ve specifickém případě lidí jsou organizovány v satelitních oblastech chromozomů 13, 14, 15, 21 a 22.

V jádru dochází k řadě základních procesů, jako je transkripce, zpracování a sestavení podjednotek, které tvoří ribozomy.

Na druhé straně, s výjimkou své tradiční funkce, nedávné studie zjistily, že nukleolus souvisí s proteiny potlačujícími rakovinné buňky, regulátory buněčného cyklu a proteiny z virových částic.

Subjaderná území

Molekula DNA není náhodně rozptýlena v buněčné nukleoplasmě, je organizována vysoce specifickým a kompaktním způsobem se sadou vysoce konzervovaných proteinů během evoluce zvané histony.

Proces organizování DNA umožňuje zavést do mikroskopické struktury téměř čtyři metry genetického materiálu.

Tato asociace genetického materiálu a proteinu se nazývá chromatin. Toto je organizováno v regionech nebo doménách definovaných v nukleoplasmě a lze rozlišovat dva typy: euchromatin a heterochromatin.

Euchromatin je méně kompaktní a zahrnuje geny, jejichž transkripce je aktivní, protože transkripční faktory a jiné proteiny k němu mají přístup na rozdíl od heterochromatinu, který je vysoce kompaktní.

Heterochromatinové oblasti se nacházejí v periferii a euchromatin více do středu jádra a také blízko jaderných pórů.

Podobně jsou chromozomy distribuovány ve specifických oblastech uvnitř jádra nazývaných chromozomální území. Jinými slovy, chromatin neleží náhodně v nukleoplasmě.

Jaderná matrice

Organizace různých jaderných složek se zdá být diktována jadernou maticí.

Je to vnitřní struktura jádra složená z listu připojeného k komplexům jaderných pórů, nukleárních zbytků a souboru vláknitých a zrnitých struktur, které jsou distribuovány v celém jádru a zabírají jeho významný objem.

Studie, které se pokusily charakterizovat matici, dospěly k závěru, že je příliš rozmanité na to, aby bylo možné definovat její biochemický a funkční make-up.

Lamina je druh vrstvy složené z proteinů, která sahá od 10 do 20 nm a je umístěna vedle sebe na vnitřní stranu jádrové membrány. Složení proteinu se liší v závislosti na studované taxonomické skupině.

Proteiny, které tvoří laminu, jsou podobné mezivláknům a kromě jaderné signalizace mají kulovité a válcové oblasti.

Pokud jde o vnitřní jadernou matici, obsahuje vysoký počet proteinů s vazebným místem pro messengerovou RNA a další typy RNA. V této vnitřní matrici dochází k replikaci DNA, nenukleární transkripci a post-transkripčnímu messengeru preRNA.

Nukleoskeleton

Uvnitř jádra je struktura srovnatelná s cytoskeletem v buňkách zvaných nukleoskelet, tvořená proteiny, jako je aktin, aII-spektrin, myosin a obrovský protein zvaný titin. O existenci této struktury však vědci stále diskutují.

Struktura

Nukleoplasma je želatinová látka, ve které lze rozlišit různé výše uvedené jaderné struktury.

Jednou z hlavních složek nukleoplasmy jsou ribonukleoproteiny tvořené proteiny a RNA tvořené oblastí bohatou na aromatické aminokyseliny s afinitou k RNA.

Ribonukleoproteiny nalezené v jádru se specificky nazývají malé jaderné ribonukleoproteiny.

Biochemické složení

Chemické složení nukleoplasmy je komplexní, včetně komplexních biomolekul, jako jsou jaderné proteiny a enzymy, a také anorganických sloučenin, jako jsou soli a minerály, jako je draslík, sodík, vápník, hořčík a fosfor.

Některé z těchto iontů jsou nezbytnými kofaktory enzymů, které replikují DNA. Obsahuje také ATP (adenosintrifosfát) a acetyl koenzym A.

V nukleoplazmě je zabudována řada enzymů nezbytných pro syntézu nukleových kyselin, jako je DNA a RNA. Mezi nejdůležitější patří mimo jiné DNA polymeráza, RNA polymeráza, NAD syntetáza, pyruvát kináza.

Jedním z nejhojnějších proteinů v nukleoplasmě je nukleoplastim, což je kyselý a pentamerický protein, který má nerovné domény v hlavě a ocasu. Jeho kyselá charakteristika dokáže chránit pozitivní náboje přítomné v histonech a dokáže se asociovat s nukleosomy.

Nukleozomy jsou ty kuličkovité struktury na náhrdelníku, vytvořené interakcí DNA s histony. V této semi-vodné matrici byly také detekovány malé lipidové molekuly.

Funkce

Nukleoplasma je matice, kde probíhá řada zásadních reakcí pro správné fungování jádra a buňky obecně. Je to místo, kde dochází k syntéze DNA, RNA a ribozomálních podjednotek.

Funguje jako druh „matrace“, který chrání struktury ponořené v ní, a navíc poskytuje prostředek pro přepravu materiálů.

Slouží jako suspenzní meziprodukt pro subnukleární struktury a také pomáhá udržovat tvar jádra stabilní, což mu dává tuhost a houževnatost.

Byla prokázána existence několika metabolických drah v nukleoplasmě, stejně jako v buněčné cytoplazmě. V rámci těchto biochemických drah je glykolýza a cyklus kyseliny citronové.

Byla také popsána cesta pentózového fosfátu, která přispívá pentózám k jádru. Stejným způsobem je jádro syntézní zónou pro NAD ⁺, která funguje jako koenzymy dehydrogenáz.

Zpracování preRNA Messenger

Zpracování pre-mRNA probíhá v nukleoplasmě a vyžaduje přítomnost malých nukleárních ribonukleoproteinů, zkráceně snRNP.

Ve skutečnosti je jednou z nejdůležitějších aktivních aktivit v eukaryotické nukleoplasmě syntéza, zpracování, transport a export zralých messengerových RNA.

Ribonukleoproteiny se seskupují a vytvářejí spliceozom nebo sestřihový komplex, což je katalytické centrum odpovědné za odstraňování intronů z messengerové RNA. Za rozpoznávání intronů je zodpovědná řada molekul RNA s vysokým obsahem uracilu.

Spliciosome se kromě účasti dalších proteinů skládá z asi pěti malých nukleárních RNA nazývaných snRNA U1, U2, U4 / U6 a U5.

Připomeňme si, že v eukaryotech jsou geny přerušeny v molekule DNA nekódujícími regiony zvanými introny, které musí být eliminovány.

Sestřihová reakce integruje dva po sobě jdoucí kroky: nukleofilní útok v 5 'zóně řezu interakcí s adenosinovým zbytkem sousedícím s 3' zónou intronu (krok, který uvolňuje exon), následovaný sjednocením exonů.

Reference

1. Brachet, J. (2012). Molekulární cytologie V2: Interakce buněk. Elsevier.
2. Guo, T. a Fang, Y. (2014). Funkční organizace a dynamika buněčného jádra. Frontiers in Plant Science, 5, 378.
3. Jiménez García, LF (2003). Buněčná a molekulární biologie. Pearsonovo vzdělávání Mexika.
4. Lammerding, J. (2011). Mechanika jádra. Komplexní fyziologie, 1 (2), 783–807.
5. Pederson, T. (2000). Půl století "jaderné matice". Molecular Biology of Cell, 11 (3), 799–805.
6. Pederson, T. (2011). Představeno jádro. Perspektivy studeného jara v biologii, 3 (5), a000521.
7. Welsch, U. a Sobotta, J. (2008). Histologie. Panamerican Medical Ed.