Κυτταρικός πυρήνας

Ο πυρήνας (s. karyon) υπάρχει σε όλα τα ανθρώπινα κύτταρα εκτός από τα ερυθροκύτταρα και τα θρομβοκύτταρα. Οι λειτουργίες του πυρήνα είναι η αποθήκευση και η μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών σε νέα (θυγατρικά) κύτταρα. Αυτές οι λειτουργίες σχετίζονται με την παρουσία DNA στον πυρήνα. Η σύνθεση πρωτεϊνών - ριβονουκλεϊνικού οξέος RNA και ριβοσωμικών υλικών - λαμβάνει επίσης χώρα στον πυρήνα.

Τα περισσότερα κύτταρα έχουν σφαιρικό ή ωοειδή πυρήνα, αλλά υπάρχουν και άλλες μορφές πυρήνα (δακτυλιοειδής, ραβδοειδής, ατρακτοειδής, χάντρας, φασολοειδής, τμηματοποιημένος, αχλαδοειδής, πολυμορφικός). Το μέγεθος του πυρήνα ποικίλλει ευρέως - από 3 έως 25 μm. Ο μεγαλύτερος πυρήνας βρίσκεται στο ωάριο. Τα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα είναι μονοπύρηνα, αλλά υπάρχουν και διπύρηνα (μερικοί νευρώνες, ηπατοκύτταρα, καρδιομυοκύτταρα). Ορισμένες δομές είναι πολυπύρηνες (μυϊκές ίνες). Ο πυρήνας έχει πυρηνική μεμβράνη, χρωματίνη, πυρηνίσκο και πυρηνόπλασμα.

Η πυρηνική μεμβράνη, ή καρυοθήκη, η οποία διαχωρίζει το περιεχόμενο του πυρήνα από το κυτταρόπλασμα, αποτελείται από μια εσωτερική και μια εξωτερική πυρηνική μεμβράνη, πάχους 8 nm η καθεμία. Οι μεμβράνες διαχωρίζονται από έναν περιπυρηνικό χώρο (καρυοθήκη), πλάτους 20-50 nm, που περιέχει λεπτόκοκκο υλικό μέτριας πυκνότητας ηλεκτρονίων. Η εξωτερική πυρηνική μεμβράνη διέρχεται στο κοκκιώδες ενδοπλασματικό δίκτυο. Επομένως, ο περιπυρηνικός χώρος σχηματίζει μια ενιαία κοιλότητα με το ενδοπλασματικό δίκτυο. Η εσωτερική πυρηνική μεμβράνη συνδέεται από μέσα με ένα διακλαδισμένο δίκτυο πρωτεϊνικών ινιδίων που αποτελείται από μεμονωμένες υπομονάδες.

Η πυρηνική μεμβράνη περιέχει πολυάριθμους στρογγυλούς πυρηνικούς πόρους, με διάμετρο 50-70 nm ο καθένας. Οι πυρηνικοί πόροι καταλαμβάνουν έως και το 25% της συνολικής επιφάνειας του πυρήνα. Ο αριθμός των πόρων σε έναν πυρήνα φτάνει τους 3000-4000. Στις άκρες των πόρων, η εξωτερική και η εσωτερική μεμβράνη συνδέονται μεταξύ τους και σχηματίζουν τον λεγόμενο δακτύλιο πόρων. Κάθε πόρος κλείνεται από ένα διάφραγμα, το οποίο ονομάζεται επίσης σύμπλεγμα πόρων. Τα διαφράγματα πόρων έχουν σύνθετη δομή. Σχηματίζονται από κόκκους πρωτεΐνης συνδεδεμένους μεταξύ τους. Η επιλεκτική μεταφορά μεγάλων σωματιδίων και η ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροσωμάτιου του κυττάρου πραγματοποιούνται μέσω των πυρηνικών πόρων.

Κάτω από την πυρηνική μεμβράνη βρίσκονται το πυρηνόπλασμα (καρυόπλασμα) (πυρηνόπλασμα, s. karyoplasma), το οποίο έχει ομοιογενή δομή, και ο πυρηνίσκος. Στο πυρηνόπλασμα ενός μη διαιρούμενου πυρήνα, στην πυρηνική πρωτεϊνική μήτρα του, βρίσκονται οσμιοφιλικοί κόκκοι (συστάδες) της λεγόμενης ετεροχρωματίνης. Περιοχές πιο χαλαρής χρωματίνης, που βρίσκονται μεταξύ των κόκκων, ονομάζονται ευχρωματίνη. Η χαλαρή χρωματίνη ονομάζεται επίσης αποσυμπυκνωμένη χρωματίνη, στην οποία συμβαίνουν οι συνθετικές διεργασίες πιο εντατικά. Κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, η χρωματίνη συμπυκνώνεται, συμπυκνώνεται και σχηματίζει χρωμοσώματα.

Η χρωματίνη (χρωματίνη) ενός μη διαιρούμενου πυρήνα και τα χρωμοσώματα ενός διαιρούμενου πυρήνα σχηματίζονται από μόρια δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA) που συνδέονται με ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) και πρωτεΐνες - ιστόνες και μη ιστόνες. Πρέπει να τονιστεί ότι η χρωματίνη και τα χρωμοσώματα είναι χημικά πανομοιότυπα.

Κάθε μόριο DNA αποτελείται από δύο μακριές, δεξιόστροφες πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες (διπλές έλικες) και κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από μια αζωτούχο βάση, γλυκόζη, και ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. Η βάση βρίσκεται μέσα στη διπλή έλικα και ο σκελετός σακχάρου-φωσφορικού βρίσκεται στο εξωτερικό.

Οι κληρονομικές πληροφορίες στα μόρια DNA καταγράφονται στη γραμμική αλληλουχία των νουκλεοτιδίων τους. Το στοιχειώδες σωματίδιο της κληρονομικότητας είναι το γονίδιο. Ένα γονίδιο είναι ένα τμήμα του DNA που έχει μια συγκεκριμένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων υπεύθυνη για τη σύνθεση μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης.

Το μόριο DNA στον πυρήνα είναι συμπιεσμένο. Έτσι, ένα μόριο DNA που περιέχει 1 εκατομμύριο νουκλεοτίδια, με τη γραμμική τους διάταξη, θα καταλάμβανε ένα τμήμα μήκους μόνο 0,34 mm. Το μήκος ενός ανθρώπινου χρωμοσώματος σε εκτεταμένη μορφή είναι περίπου 5 cm, αλλά σε συμπιεσμένη κατάσταση το χρωμόσωμα έχει όγκο περίπου ^10-15 cm3 ^.

Τα μόρια DNA που συνδέονται με πρωτεΐνες ιστονών σχηματίζουν νουκλεοσώματα, τα οποία είναι οι δομικές μονάδες της χρωματίνης. Ένα νουκλεόσωμα έχει την εμφάνιση μιας χάντρας με διάμετρο 10 nm. Κάθε νουκλεόσωμα αποτελείται από ιστόνες γύρω από τις οποίες περιστρέφεται ένα τμήμα DNA, που περιλαμβάνει 146 ζεύγη νουκλεοτιδίων. Μεταξύ των νουκλεοσωμάτων υπάρχουν γραμμικά τμήματα DNA που αποτελούνται από 60 ζεύγη νουκλεοτιδίων.

Η χρωματίνη αντιπροσωπεύεται από ινίδια που σχηματίζουν βρόχους μήκους περίπου 0,4 μm, που περιέχουν από 20.000 έως 30.000 ζεύγη νουκλεοτιδίων.

Ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης (συμπύκνωσης) και της συστροφής (υπερεξειδίκευση) των δεοξυριβονουκλεοπρωτεϊνών (DNP) στον διαιρούμενο πυρήνα, τα χρωμοσώματα γίνονται ορατά. Αυτές οι δομές - χρωμοσώματα (χρωμάσματα, από το ελληνικό χρώμα - χρώμα, σώμα - σώμα) - είναι επιμήκεις σχηματισμοί σε σχήμα ράβδου με δύο βραχίονες που χωρίζονται από τη λεγόμενη συστολή - το κεντρομερές. Ανάλογα με τη θέση του κεντρομερούς και τη σχετική θέση και μήκος των βραχιόνων (ποδιών), διακρίνονται τρεις τύποι χρωμοσωμάτων: μετακεντρικά, με περίπου τους ίδιους βραχίονες· υπομετακεντρικά, στα οποία το μήκος των βραχιόνων ποικίλλει· ακροκεντρικά, στα οποία ο ένας βραχίονας είναι μακρύς και ο άλλος είναι πολύ κοντός, μόλις αισθητός. Το χρωμόσωμα έχει ευ- και ετεροχρωματικές περιοχές. Οι τελευταίες παραμένουν συμπαγείς στον μη διαιρούμενο πυρήνα και στην πρώιμη πρόφαση της μίτωσης. Η εναλλαγή ευ- και ετεροχρωματικών περιοχών χρησιμοποιείται για την αναγνώριση των χρωμοσωμάτων.

Η επιφάνεια των χρωμοσωμάτων καλύπτεται με διάφορα μόρια, κυρίως ριβονουκλεοπρωτεΐνες (RNP). Τα σωματικά κύτταρα έχουν 2 αντίγραφα από κάθε χρωμόσωμα, ονομάζονται ομόλογα. Είναι πανομοιότυπα σε μήκος, σχήμα, δομή, φέρουν τα ίδια γονίδια, τα οποία βρίσκονται με τον ίδιο τρόπο. Τα δομικά χαρακτηριστικά, ο αριθμός και το μέγεθος των χρωμοσωμάτων ονομάζονται καρυότυπος. Ένας φυσιολογικός ανθρώπινος καρυότυπος περιλαμβάνει 22 ζεύγη αυτοσωμάτων και ένα ζεύγος φυλετικών χρωμοσωμάτων (XX ή XY). Τα ανθρώπινα σωματικά κύτταρα (διπλοειδή) έχουν διπλάσιο αριθμό χρωμοσωμάτων - 46. Τα φυλετικά κύτταρα περιέχουν ένα απλοειδές (μονό) σύνολο - 23 χρωμοσώματα. Επομένως, τα φυλετικά κύτταρα περιέχουν 2 φορές λιγότερο DNA από τα διπλοειδή σωματικά κύτταρα.

Ο πυρηνίσκος, ένας ή περισσότεροι, βρίσκεται σε όλα τα μη διαιρούμενα κύτταρα. Έχει την εμφάνιση ενός έντονα χρωματισμένου στρογγυλού σώματος, το μέγεθος του οποίου είναι ανάλογο με την ένταση της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Ο πυρηνίσκος αποτελείται από ένα πυκνό ηλεκτρονίων πυρηνόλινωμα (από το ελληνικό πέτα - νήμα), στο οποίο διακρίνεται ένα νηματοειδές (ινώδες) μέρος, που αποτελείται από πολλά αλληλένδετα νήματα RNA πάχους περίπου 5 nm, και ένα κοκκώδες μέρος. Το κοκκώδες (κοκκώδες) μέρος σχηματίζεται από κόκκους διαμέτρου περίπου 15 nm, οι οποίοι είναι σωματίδια RNP - πρόδρομοι ριβοσωμικών υπομονάδων. Η περιπυρηνική χρωματίνη είναι ενσωματωμένη στις κοιλότητες του πυρηνόλινματος. Τα ριβοσώματα σχηματίζονται στον πυρηνίσκο.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]