Cos'è in breve il nucleo di una cellula? Cos'è un nucleo - in biologia: proprietà e funzioni

Il nucleo è il componente principale di una cellula vivente, che trasporta le informazioni ereditarie codificate da un insieme di geni. Occupa una posizione centrale nella cellula. Le dimensioni variano, la forma è solitamente sferica o ovale. Il diametro del nucleo in diverse cellule può variare da 8 a 25 micron. Ci sono delle eccezioni, ad esempio le uova di pesce hanno nuclei con un diametro di 1 mm.

Caratteristiche della struttura del nucleo

Il nucleo è pieno di liquido e di diversi elementi strutturali. Contiene un guscio, un insieme di cromosomi, nucleoplasma e un nucleolo. Il guscio è a doppia membrana; tra le membrane c'è uno spazio perinucleare.

Membrana esterna struttura simile al reticolo endoplasmatico. È collegato all'ER, che sembra diramarsi dall'involucro nucleare. I ribosomi si trovano all'esterno del nucleo.

Membrana interna durevole, poiché contiene lamina. Svolge una funzione di supporto e funge da punto di attacco per la cromatina.

La membrana ha pori che assicurano processi di scambio con il citoplasma. Pori nucleari sono costituiti da proteine ​​di trasporto che trasportano le sostanze nel carioplasma mediante trasporto attivo. Solo piccole molecole possono passare passivamente attraverso le aperture dei pori. Inoltre, ciascun poro è ricoperto da un porosoma, che regola i processi metabolici nel nucleo.

Numero di core varia nelle cellule con diverse specializzazioni. Nella maggior parte dei casi, le cellule sono mononucleate, ma esistono tessuti costituiti da cellule multinucleate (tessuto epatico o cerebrale). Ci sono cellule senza nucleo: questi sono globuli rossi maturi.

Nei protozoi esistono due tipi di nuclei: alcuni sono responsabili della memorizzazione delle informazioni, altri sono responsabili della sintesi proteica.

Il nucleo può trovarsi in uno stato di riposo (periodo interfase) o di divisione. Passando all'interfase, si presenta come una formazione sferica con molti granuli bianchi (cromatina). Esistono due tipi di cromatina: eterocromatina ed eucromatina.

L'eucromatina è una cromatina attiva che mantiene una struttura desspiralizzata nel nucleo a riposo ed è capace di un'intensa sintesi di RNA.

L'eterocromatina è costituita da aree di cromatina che si trovano in uno stato condensato. Può, se necessario, passare allo stato eucromatico.

Quando si utilizza il metodo citologico di colorazione del nucleo (secondo Romanovsky-Giemsa), è stato rivelato che l'eterocromatina cambia colore, ma l'eucromatina no. La cromatina è costituita da filamenti nucleoproteici chiamati cromosomi. I cromosomi trasportano le informazioni genetiche di base di ogni persona. La cromatina è una forma di esistenza dell'informazione ereditaria nel periodo interfase del ciclo cellulare; durante la divisione viene trasformata in cromosomi.

Struttura dei cromosomi

Ogni cromosoma è costituito da una coppia di cromatidi paralleli tra loro e collegati solo in un punto: il centromero. Il centromero divide il cromosoma in due bracci. A seconda della lunghezza delle braccia si distinguono tre tipi di cromosomi:

• Spalle uguali;
• diversità,
• una spalla

Alcuni cromosomi hanno una sezione aggiuntiva che è collegata a quella principale tramite connessioni filiformi: questo è un satellite. I satelliti aiutano a identificare diverse coppie di cromosomi.

Il nucleo metafase è una placca dove si trovano i cromosomi. È durante questa fase della mitosi che viene studiato il numero e la struttura dei cromosomi. Durante la metafase i cromosomi fratelli si spostano al centro e si dividono in due cromatidi.

Struttura del nucleolo

Il nucleo contiene anche una formazione non di membrana: il nucleolo. I nucleoli sono corpi compatti e rotondi capaci di rifrangere la luce. Questo è il principale sito di sintesi dell'RNA ribosomiale e delle proteine ​​essenziali.

Il numero di nucleoli varia nelle diverse cellule; possono unirsi in un'unica grande formazione o esistere separatamente l'uno dall'altro sotto forma di piccole particelle. Quando vengono attivati ​​i processi sintetici, il volume del nucleolo aumenta. È privo di conchiglia ed è circondato da cromatina condensata. Il nucleolo contiene anche metalli, principalmente zinco. Pertanto, il nucleolo è una formazione dinamica e mutevole necessaria per la sintesi dell'RNA e il suo trasporto nel citoplasma.

Il nucleoplasma riempie l'intero spazio interno del nucleo. Il nucleoplasma contiene DNA, RNA, molecole proteiche e sostanze enzimatiche.

Funzioni del nucleo in una cellula

1. Partecipa alla sintesi delle proteine ​​e dell'RNA ribosomiale.
2. Regola l'attività funzionale della cellula.
3. Conservazione dell'informazione genetica, sua accurata replicazione e trasmissione alla prole.

Ruolo e significato del kernel

Il nucleo è il principale depositario delle informazioni ereditarie e determina il fenotipo dell'organismo. Nel nucleo, il DNA esiste invariato grazie agli enzimi di riparazione nucleare che possono eliminare danni e mutazioni. Durante la divisione cellulare, i meccanismi nucleari assicurano che le informazioni genetiche siano distribuite in modo accurato e uniforme nelle cellule figlie.

Il nucleo cellulare è una struttura circondata da membrane che contiene informazioni ereditarie e controlla la crescita e la riproduzione. Questo è il centro di comando della cellula eucariotica e, di regola, il più significativo.

Struttura e significato del nucleo cellulare

Diagramma della struttura del kernel / Wikimedia

Il nucleo cellulare è circondato da una doppia membrana chiamata involucro nucleare. Questa membrana separa il contenuto del nucleo da.

Come la membrana cellulare, l’involucro nucleare è composto da fosfolipidi che formano un doppio strato lipidico. Aiuta a mantenere la forma del nucleo e regola il flusso di molecole dentro e fuori il nucleo attraverso i pori nucleari.

I cromosomi si trovano all'interno del nucleo. Sono costituiti da DNA, che contiene informazioni sull'ereditarietà, la crescita, lo sviluppo e la riproduzione delle cellule. Quando una cellula è in uno stato di “riposo”, cioè non si divide, i cromosomi sono organizzati in strutture lunghe e aggrovigliate chiamate cromosomi, piuttosto che in singoli cromosomi come comunemente pensiamo.

Nucleolo

All'interno del nucleo c'è una struttura densa fatta di RNA e proteine ​​chiamata nucleolo, che contiene organizzatori nucleolari, che sono parti di cromosomi con geni per la sintesi dei ribosomi. Il nucleolo aiuta a sintetizzare i ribosomi trascrivendo e assemblando l'RNA ribosomiale. Il ribosoma è costituito da RNA ribosomiale (rRNA) e proteine.

Sintesi proteica

Il nucleo regola la sintesi proteica nel citoplasma utilizzando l'RNA messaggero (mRNA), che è un segmento trascritto di DNA che funge da modello per la produzione di proteine. Viene prodotto nel nucleo e si sposta nel citoplasma attraverso i pori nucleari della membrana.

Una volta nel citoplasma, i ribosomi e altre molecole di RNA chiamate RNA messaggero lavorano insieme per tradurre l'mRNA per produrre proteine.

Struttura delle cellule eucariotiche

Oltre al nucleo cellulare, esistono altri tipi di organelli cellulari. In un tipico eucariota si possono trovare anche le seguenti strutture cellulari:

• - aiutare ad organizzare l'assemblaggio dei microtubuli.
• -immagazzinamento del DNA cellulare.
• - Fornire la locomozione cellulare.
• - protegge l'integrità dell'interno della cellula.
• - sintetizza carboidrati e lipidi.

Il nucleo è il componente più importante della cellula. Il nucleo della cellula contiene DNA, cioè geni e, grazie a ciò, svolge due funzioni principali:

1) conservazione e riproduzione dell'informazione genetica

2) regolazione dei processi metabolici che si verificano nella cellula

Una cellula priva di nucleo non può esistere per molto tempo e anche il nucleo non è in grado di esistere in modo indipendente, quindi il citoplasma e il nucleo formano un sistema interdipendente. La maggior parte delle cellule ha un nucleo. Spesso è possibile osservare 2-3 nuclei in uno, ad esempio nelle cellule del fegato. Sono note anche cellule multinucleate e il numero di nuclei può raggiungere diverse dozzine. La forma del nucleo dipende in gran parte dalla forma della cellula; può essere completamente irregolare. Esistono chicchi sferici e multilobati. Le invaginazioni e le escrescenze della membrana nucleare aumentano significativamente la superficie del nucleo e quindi rafforzano la connessione di strutture e sostanze nucleari e citoplasmatiche.

Struttura centrale

Il nucleo è circondato da un guscio, costituito da due membrane con una struttura tipica. La membrana nucleare esterna sulla superficie rivolta al citoplasma è ricoperta di ribosomi, la membrana interna è liscia.

L'involucro nucleare fa parte del sistema di membrane della cellula. Le escrescenze della membrana nucleare esterna si collegano con i canali del reticolo endoplasmatico, formando un unico sistema di canali comunicanti. Lo scambio di sostanze tra il nucleo e il citoplasma avviene in due modi principali. In primo luogo, l'involucro nucleare è penetrato da numerosi pori attraverso i quali le molecole vengono scambiate tra il nucleo e il citoplasma. In secondo luogo, le sostanze dal nucleo nel citoplasma e ritorno possono entrare a causa del rilascio di invaginazioni e escrescenze dell'involucro nucleare Nonostante lo scambio attivo di sostanze tra il nucleo e il citoplasma, l'involucro nucleare limita il contenuto nucleare del citoplasma, garantendo così differenze nella composizione chimica del succo nucleare e del citoplasma, necessarie per il normale funzionamento delle strutture nucleari.

Il contenuto del nucleo è diviso in succo nucleare, cromatina e nucleolo.

In una cellula vivente, la linfa nucleare appare come una massa priva di struttura che riempie gli spazi tra le strutture del nucleo. La linfa nucleare contiene varie proteine, tra cui la maggior parte degli enzimi nucleari, proteine ​​della cromatina e proteine ​​ribosomiali. La linfa nucleare contiene anche nucleotidi liberi necessari per la costruzione di molecole di DNA e RNA, amminoacidi, tutti i tipi di RNA, nonché prodotti dell'attività del nucleolo e della cromatina, che vengono poi trasportati dal nucleo al citoplasma.

Cromatina (greco chroma - colore, colore) è il nome dato a grumi, granuli e strutture reticolari del nucleo, che sono intensamente colorati con alcuni coloranti e differiscono nella forma dal nucleolo. La cromatina contiene DNA e proteine ​​e rappresenta sezioni a spirale e compattate dei cromosomi. Le sezioni a spirale dei cromosomi sono geneticamente inattive.

Il loro ruolo specifico – il trasferimento dell'informazione genetica – può essere svolto solo da sezioni di cromosomi despiralizzate e non attorcigliate che, a causa del loro piccolo spessore, non sono visibili al microscopio ottico.

Nella divisione delle cellule, tutti i cromosomi sono fortemente spiralizzati, accorciati e acquisiscono dimensioni e forme compatte. Un cromosoma è una struttura nucleare indipendente che ha bracci e una costrizione primaria. La forma dei cromosomi dipende dalla posizione della cosiddetta costrizione primaria, o centormer, la regione a cui durante la divisione cellulare (mitosi) sono attaccati i filamenti del fuso. Il centromero divide il cromosoma in due bracci. La posizione del centromero determina tre tipi principali di cromosomi:

1) spalle uguali - con spalle di lunghezza uguale o quasi uguale;

2) spalle disuguali - con spalle di lunghezza disuguale;

3) a forma di bastoncino - con una spalla lunga e la seconda molto corta, a volte difficile da individuare. Esistono anche cromosomi puntiformi con bracci molto corti.

Lo studio dei cromosomi ha permesso di stabilire i seguenti fatti.

1. In tutte le cellule somatiche di qualsiasi organismo vegetale o animale, il numero di cromosomi è lo stesso.

2. Le cellule sessuali contengono sempre due cromosomi in meno rispetto alle cellule somatiche di un dato tipo di organismo.

3. Tutti gli organismi appartenenti alla stessa specie hanno lo stesso numero di cromosomi nelle loro cellule.

Il numero di cromosomi non dipende dal livello di organizzazione e non sempre indica una parentela: lo stesso numero si può trovare in gruppi sistematici molto distanti tra loro e può essere molto diverso in specie di origine vicina.

Pertanto il numero dei cromosomi non è di per sé una caratteristica specie-specifica, bensì le caratteristiche dell'insieme dei cromosomi sono specie-specifiche, cioè caratteristico di un solo tipo di organismo, piante, piante o animali.

L'insieme delle caratteristiche quantitative (numero e dimensione) e qualitative (forma) dell'insieme cromosomico di una cellula somatica è chiamato cariotipo.

Il numero di cromosomi nel cariotipo della maggior parte delle specie di organismi viventi è pari, ciò si spiega con il fatto che nelle cellule somatiche ci sono due cromosomi della stessa forma e dimensione: uno dell'organismo paterno, il secondo di quello materno. I cromosomi che sono uguali per forma e dimensione e portano gli stessi geni sono detti omologhi.

L'insieme cromosomico di una cellula somatica, in cui ciascun cromosoma ha una coppia, è chiamato doppio o diploide ed è indicato con 2N. La quantità di DNA corrispondente a un insieme diploide di cromosomi è designata 2C.

Da ogni coppia di cromosomi omologhi, solo uno entra nelle cellule germinali, e quindi l'insieme cromosomico dei gameti è chiamato singolo o aploide. Il cariotipo di tali cellule è designato 2n1c.

Numero diploide dei cromosomi negli animali e nelle piante.

Tipo di organismi	Numero di cromosomi
Plasmodium malarico	2
Carpa	104
Nematode del cavallo	2
Umano	46
Mosca della frutta della Drosophila	8
Cenere comune	46
Pidocchio del capo	12
Scimpanzé	48
Spinaci	12
Scarafaggio	48
mosca domestica	12
Pepe	48
Tritone	24
Pecore domestiche	54>
Albero di pelliccia, pino	24
Cane domestico	78
Pertica	28
Piccione	80

Una volta completata la divisione cellulare, i cromosomi vengono dispiralizzati e nei nuclei delle cellule figlie risultanti diventano nuovamente visibili solo una rete sottile e grumi di cromatina.

La terza struttura caratteristica della cellula è il nucleolo, un corpo rotondo e denso immerso nel succo nucleare. Nei nuclei di cellule diverse, così come nel nucleo della stessa cellula, a seconda del suo stato funzionale, il numero di nucleoli può variare da 1 a 5-7 o più. Il numero di nucleoli può superare il numero di cromosomi nell'insieme; ciò avviene a causa della duplicazione selettiva dei geni responsabili della sintesi dell'rRNA. I nucleoli sono presenti solo nei nuclei che non si dividono; durante la mitosi scompaiono a causa della spirale dei cromosomi e del rilascio di tutti i ribosomi precedentemente formati nel citoplasma, e dopo il completamento della divisione ricompaiono.

Il nucleolo non è una struttura indipendente dal nucleo, ma si forma attorno alla regione del cromosoma in cui è codificata la struttura dell'rRNA. Questa parte del cromosoma - il gene - è chiamata organizzatore nucleolare (NO) e su di essa avviene la sintesi dell'r-RNA.

Oltre all'accumulo di r-RNA, nel nucleolo si formano subunità ribosomiali, che poi si spostano nel citoplasma e, combinandosi con la partecipazione di cationi Ca2+, formano ribosomi integrali in grado di partecipare alla biosintesi proteica.

Pertanto, il nucleolo è un accumulo di r-RNA e ribosomi in diversi stadi di formazione, che si basa su una sezione del cromosoma che trasporta il gene - l'organizzatore nucleolare, che contiene informazioni ereditarie sulla struttura dell'r-RNA.

Il nucleo cellulare è uno dei componenti principali di tutte le cellule vegetali e animali, inestricabilmente legato allo scambio, alla trasmissione di informazioni ereditarie, ecc.

La forma del nucleo cellulare varia a seconda del tipo di cellula. Esistono nuclei cellulari ovali, sferici e di forma irregolare: nuclei cellulari a forma di ferro di cavallo o multilobati (nei leucociti), nuclei cellulari a forma di perla (in alcuni ciliati), nuclei cellulari ramificati (nelle cellule ghiandolari degli insetti), ecc. il nucleo cellulare è diverso, ma solitamente è associato al volume del citoplasma. La violazione di questo rapporto durante la crescita cellulare porta alla divisione cellulare. Anche il numero dei nuclei cellulari varia: la maggior parte delle cellule ha un nucleo, sebbene si trovino cellule binucleate e multinucleate (ad esempio, alcune cellule del fegato e del midollo osseo). La posizione del nucleo nella cellula è caratteristica di ciascun tipo di cellula. Nelle cellule germinali, il nucleo si trova solitamente al centro della cellula, ma può muoversi man mano che la cellula si sviluppa e si formano aree specializzate nel citoplasma o si depositano sostanze di riserva.

Nel nucleo cellulare si distinguono le strutture principali: 1) la membrana nucleare (membrana nucleare), attraverso i cui pori avviene lo scambio tra il nucleo cellulare e il citoplasma [esistono prove che indicano che la membrana nucleare (costituita da due strati ) passa continuamente nelle membrane del reticolo endoplasmatico (vedi) e del complesso del Golgi]; 2) succo nucleare, o carioplasma, una massa plasmatica semiliquida debolmente colorata che riempie tutti i nuclei cellulari e contiene i restanti componenti del nucleo; 3) (vedi), che in un nucleo che non si divide sono visibili solo con l'aiuto di speciali metodi di microscopia (su una sezione colorata di una cellula che non si divide, i cromosomi di solito sembrano una rete irregolare di filamenti e grani scuri, chiamati collettivamente ); 4) uno o più corpi sferici - nucleoli, che sono una parte specializzata del nucleo cellulare e sono associati alla sintesi dell'acido ribonucleico e delle proteine.

Il nucleo cellulare ha un'organizzazione chimica complessa, in cui il ruolo più importante è svolto dalle nucleoproteine, il prodotto della combinazione con le proteine. Ci sono due periodi principali nella vita di una cellula: il periodo interfase, o metabolico, e il periodo mitotico, o divisione. Entrambi i periodi sono caratterizzati principalmente da cambiamenti nella struttura del nucleo cellulare. Nell'interfase, il nucleo cellulare è in uno stato di riposo e partecipa alla sintesi proteica, alla regolazione della formazione della forma, ai processi di secrezione e ad altre funzioni vitali della cellula. Durante il periodo di divisione, si verificano cambiamenti nel nucleo cellulare, che portano alla ridistribuzione dei cromosomi e alla formazione dei nuclei delle cellule figlie; l'informazione ereditaria viene così trasmessa attraverso le strutture nucleari ad una nuova generazione di cellule.

I nuclei cellulari si riproducono solo per divisione e nella maggior parte dei casi anche le cellule stesse si dividono. Di solito si distingue tra: divisione diretta del nucleo cellulare mediante legatura - amitosi e il modo più comune di dividere i nuclei cellulari - tipica divisione indiretta o mitosi (vedi).

L'azione delle radiazioni ionizzanti e di alcuni altri fattori può modificare l'informazione genetica contenuta nel nucleo della cellula, portando a vari cambiamenti nell'apparato nucleare, che talvolta possono portare alla morte delle cellule stesse o causare anomalie ereditarie nella prole (vedi Ereditarietà ). Pertanto, lo studio della struttura e delle funzioni delle cellule nucleiche, in particolare le connessioni tra i rapporti cromosomici e l'ereditarietà dei tratti, di cui si occupa la citogenetica, è di notevole importanza pratica per la medicina (vedi).

Vedi anche Cella.

Il nucleo cellulare è il componente più importante di tutte le cellule vegetali e animali.

Una cellula priva di nucleo o con un nucleo danneggiato non è in grado di svolgere normalmente le sue funzioni. Il nucleo cellulare, o più precisamente l'acido desossiribonucleico (DNA) organizzato nei suoi cromosomi (vedi), è portatore di informazioni ereditarie che determinano tutte le caratteristiche della cellula, dei tessuti e dell'intero organismo, la sua ontogenesi e le norme di risposta dell'organismo alle influenze ambientali. L'informazione ereditaria contenuta nel nucleo è codificata nelle molecole di DNA che compongono il cromosoma da una sequenza di quattro basi azotate: adenina, timina, guanina e citosina. Questa sequenza è la matrice che determina la struttura delle proteine ​​sintetizzate nella cellula.

Anche i più piccoli disturbi nella struttura del nucleo cellulare portano a cambiamenti irreversibili nelle proprietà della cellula o alla sua morte. Il pericolo delle radiazioni ionizzanti e di molte sostanze chimiche per l'ereditarietà (vedi) e per il normale sviluppo del feto si basa sul danno ai nuclei delle cellule germinali di un organismo adulto o delle cellule somatiche di un embrione in via di sviluppo. La trasformazione di una cellula normale in una cellula maligna si basa anche su alcuni disturbi nella struttura del nucleo cellulare.

La dimensione e la forma del nucleo cellulare e il rapporto tra il suo volume e il volume dell'intera cellula sono caratteristici di vari tessuti. Una delle caratteristiche principali che distingue gli elementi del sangue bianco e rosso è la forma e la dimensione dei loro nuclei. I nuclei dei leucociti possono avere forma irregolare: a forma di salsiccia curva, a forma di artiglio o a forma di perlina; in quest'ultimo caso ciascuna sezione del nucleo è collegata a quella vicina tramite un sottile ponticello. Nelle cellule germinali maschili mature (sperma), il nucleo cellulare costituisce la stragrande maggioranza del volume cellulare totale.

Gli eritrociti maturi (vedi) dell'uomo e dei mammiferi non hanno nucleo, poiché lo perdono durante il processo di differenziazione. Hanno una durata di vita limitata e non sono in grado di riprodursi. Le cellule dei batteri e delle alghe blu-verdi mancano di un nucleo ben definito. Contengono però tutte le sostanze chimiche caratteristiche del nucleo cellulare, che durante la divisione in cellule figlie si distribuiscono con la stessa regolarità delle cellule degli organismi multicellulari superiori. Nei virus e nei fagi il nucleo è rappresentato da una singola molecola di DNA.

Quando si esamina una cellula a riposo (che non si divide) al microscopio ottico, il nucleo della cellula può avere l'aspetto di una vescicola priva di struttura con uno o più nucleoli. Il nucleo cellulare è ben colorato con coloranti nucleari speciali (ematossilina, blu di metilene, safranina, ecc.), Che vengono solitamente utilizzati nella pratica di laboratorio. Utilizzando un dispositivo a contrasto di fase, il nucleo cellulare può essere esaminato intravitalmente. Negli ultimi anni, la microcinematografia, gli atomi C14 e H3 marcati (autoradiografia) e la microspettrofotometria sono stati ampiamente utilizzati per studiare i processi che avvengono nel nucleo cellulare. Quest'ultimo metodo viene utilizzato con particolare successo per studiare i cambiamenti quantitativi nel DNA nel nucleo durante il ciclo di vita della cellula. Un microscopio elettronico consente di rivelare dettagli della struttura fine del nucleo di una cellula a riposo che non sono rilevabili al microscopio ottico (Fig. 1).

Riso. 1. Schema moderno della struttura cellulare, basato su osservazioni al microscopio elettronico: 1 - citoplasma; 2 - Apparato del Golgi; 3 - centrosomi; 4 - reticolo endoplasmatico; 5 - mitocondri; 6 - membrana cellulare; 7 - guscio centrale; 8 - nucleolo; 9 - nucleo.

Durante la divisione cellulare - cariocinesi o mitosi (vedi) - il nucleo cellulare subisce una serie di trasformazioni complesse (Fig. 2), durante le quali i suoi cromosomi diventano chiaramente visibili. Prima della divisione cellulare, ciascun cromosoma del nucleo ne sintetizza uno simile dalle sostanze presenti nella linfa nucleare, dopo di che i cromosomi madre e figlia divergono ai poli opposti della cellula in divisione. Di conseguenza, ogni cellula figlia riceve lo stesso corredo cromosomico della cellula madre e con esso le informazioni ereditarie in essa contenute. La mitosi garantisce la divisione idealmente corretta di tutti i cromosomi del nucleo in due parti uguali.

La mitosi e la meiosi (vedi) sono i meccanismi più importanti che assicurano i modelli dei fenomeni ereditari. In alcuni organismi semplici, così come nei casi patologici nelle cellule di mammifero e umane, i nuclei cellulari si dividono per semplice costrizione o amitosi. Negli ultimi anni è stato dimostrato che anche durante l'amitosi si verificano processi che assicurano la divisione del nucleo cellulare in due parti uguali.

L’insieme dei cromosomi nel nucleo della cellula di un individuo è chiamato cariotipo (vedi). Il cariotipo in tutte le cellule di un dato individuo è solitamente lo stesso. Molte anomalie e deformità congenite (sindrome di Down, sindrome di Klinefelter, sindrome di Turner-Shereshevsky, ecc.) sono causate da varie anomalie del cariotipo che si sono verificate nelle prime fasi dell'embriogenesi o durante la maturazione della cellula germinale da cui è nato l'individuo anormale. Le anomalie dello sviluppo associate a disturbi visibili nelle strutture cromosomiche del nucleo cellulare sono chiamate malattie cromosomiche (vedi Malattie ereditarie). Vari danni cromosomici possono essere causati dall'azione di mutageni fisici o chimici (Fig. 3). Attualmente, i metodi che consentono di stabilire in modo rapido e preciso il cariotipo di una persona vengono utilizzati per la diagnosi precoce delle malattie cromosomiche e per chiarire l’eziologia di alcune malattie.

Riso. 2. Fasi della mitosi nelle cellule di coltura di tessuti umani (ceppo trapiantabile HEp-2): 1 - profase iniziale; 2 - profase tardiva (scomparsa della membrana nucleare); 3 - metafase (fase della stella madre), vista dall'alto; 4 - metafase, vista laterale; 5 - anafase, l'inizio della divergenza cromosomica; 6 - anafase, i cromosomi si sono separati; 7 - telofase, stadio delle bobine figlie; 8 - telofase e divisione del corpo cellulare.

Riso. 3. Danni ai cromosomi causati da radiazioni ionizzanti e mutageni chimici: 1 - telofase normale; 2-4 - telofasi con ponti e frammenti in fibroblasti embrionali umani irradiati con raggi X alla dose di 10 r; 5 e 6 - lo stesso nelle cellule ematopoietiche della cavia; 7 - ponte cromosomico nell'epitelio corneale di un topo irradiato con una dose di 25 r; 8 - frammentazione dei cromosomi nei fibroblasti embrionali umani a seguito dell'esposizione alla nitrosoetilurea.

Un importante organello del nucleo cellulare - il nucleolo - è un prodotto dell'attività vitale dei cromosomi. Produce acido ribonucleico (RNA), che è un intermedio essenziale nella sintesi delle proteine ​​prodotte da ogni cellula.

Il nucleo cellulare è separato dal citoplasma circostante (vedi) da una membrana, il cui spessore è di 60-70 Å.

Attraverso i pori della membrana, le sostanze sintetizzate nel nucleo entrano nel citoplasma. Lo spazio tra il guscio nucleare e tutti i suoi organelli è pieno di carioplasma, costituito da proteine ​​basiche e acide, enzimi, nucleotidi, sali inorganici e altri composti a basso peso molecolare necessari per la sintesi dei cromosomi figli durante la divisione del nucleo cellulare.

Molte reazioni e processi biochimici hanno luogo in ogni cellula vivente. Per controllarli, oltre a regolare molti fattori vitali, è necessaria una struttura speciale. Cos'è un nucleo in biologia? Cosa lo rende efficace nel portare a termine il suo compito?

Che cos'è un nucleo in biologia. Definizione

Il nucleo è una struttura essenziale di qualsiasi cellula del corpo. Qual è il nucleo? In biologia, è la componente più importante di ogni organismo. Il nucleo può essere trovato sia nei protozoi unicellulari che nei rappresentanti altamente organizzati del mondo eucariotico. La funzione principale di questa struttura è l'immagazzinamento e la trasmissione dell'informazione genetica, anch'essa contenuta qui.

Dopo la fecondazione dell'ovulo da parte dello spermatozoo, avviene la fusione di due nuclei aploidi. Dopo la fusione delle cellule germinali, si forma uno zigote, il cui nucleo porta già un insieme diploide di cromosomi. Ciò significa che il cariotipo (informazione genetica del nucleo) contiene già copie di geni sia della madre che del padre.

Composizione del nocciolo

Qual è la caratteristica del nocciolo? La biologia studia attentamente la composizione dell'apparato nucleare, poiché ciò può dare impulso allo sviluppo della genetica, della selezione e della biologia molecolare.

Il nucleo è una struttura a doppia membrana. Le membrane sono un'estensione di ciò che è necessario per il trasporto delle sostanze formate dalla cellula. Il contenuto del nucleo è chiamato nucleoplasma.

La cromatina è la sostanza principale del nucleoplasma. La composizione della cromatina è varia: contiene principalmente acidi nucleici (DNA e RNA), oltre a proteine ​​e molti ioni metallici. Il DNA nel nucleoplasma è disposto in modo ordinato sotto forma di cromosomi. Sono i cromosomi che raddoppiano durante la divisione, dopo di che ciascuna serie di essi passa nelle cellule figlie.

L'RNA nel nucleoplasma si trova più spesso in due tipi: mRNA e rRNA. si forma durante il processo di trascrizione, ovvero la lettura delle informazioni dal DNA. Una molecola di tale acido ribonucleico lascia successivamente il nucleo e successivamente funge da modello per la formazione di nuove proteine.

L'RNA ribosomiale è prodotto in strutture speciali chiamate nucleoli. Il nucleolo è costituito dalle sezioni terminali dei cromosomi formati da costrizioni secondarie. Questa struttura può essere vista al microscopio ottico come un granello compatto sul nucleo. Anche gli RNA ribosomiali, che vengono sintetizzati qui, entrano nel citoplasma e poi, insieme alle proteine, formano i ribosomi.

La composizione del nucleo ha un'influenza diretta sulle funzioni. La biologia come scienza studia le proprietà della cromatina per comprendere meglio i processi di trascrizione e divisione cellulare.

Funzioni del kernel. Biologia dei processi nel nucleo

La prima e più importante funzione del nucleo è l'immagazzinamento e la trasmissione delle informazioni ereditarie. Il nucleo è una struttura unica della cellula perché contiene la maggior parte dei geni umani. Il cariotipo può essere aploide, diploide, triploide e così via. La ploidia del veleno dipende dalla funzione della cellula stessa: i gameti sono aploidi e le cellule somatiche sono diploidi. Le cellule dell'endosperma delle angiosperme sono triploidi e, infine, molte varietà di colture hanno un insieme poliploide di cromosomi.

Il trasferimento al citoplasma dal nucleo avviene durante la formazione dell'mRNA. Durante il processo di trascrizione, vengono letti i geni necessari del cariotipo e, infine, vengono sintetizzate molecole di RNA messaggero o messaggero.

L'ereditarietà si manifesta anche durante la divisione cellulare mediante mitosi, meiosi o amitosi. In ogni caso, il nucleo svolge la sua funzione specifica. Ad esempio, nella profase della mitosi, la membrana nucleare viene distrutta e i cromosomi altamente compattati entrano nel citoplasma. Tuttavia, nella meiosi, l'incrocio cromosomico avviene prima che la membrana nel nucleo venga distrutta. E nell'amitosi, il nucleo viene completamente distrutto e fornisce un piccolo contributo al processo di divisione.

Inoltre, il nucleo è indirettamente coinvolto nel trasporto di sostanze dalla cellula a causa del collegamento diretto della membrana con l'EPS. Questo è ciò che è un nucleo in biologia.

Forma dei chicchi

Il nucleo, la sua struttura e le sue funzioni possono dipendere dalla forma della membrana. L'apparato nucleare può essere rotondo, allungato, a forma di lame, ecc. Spesso la forma del nucleo è specifica per i singoli tessuti e cellule. Gli organismi unicellulari differiscono nel tipo di nutrizione e nel ciclo di vita e, allo stesso tempo, differiscono anche le forme delle membrane nucleari.

La diversità nella forma e nella dimensione del nucleo può essere vista nell'esempio dei leucociti.

• Il nucleo dei neutrofili può essere segmentato o non segmentato. Nel primo caso si parla di nucleo a ferro di cavallo, e questa forma è caratteristica delle cellule giovani. Il nucleo segmentato è il risultato della formazione di più partizioni nella membrana, con conseguente formazione di più parti collegate tra loro.
• Negli eosinofili il nucleo ha una caratteristica forma a manubrio. In questo caso, l'apparato nucleare è costituito da due segmenti collegati da un tramezzo.
• Quasi l'intero volume dei linfociti è occupato da un enorme nucleo. Solo una piccola parte del citoplasma rimane alla periferia della cellula.
• Nelle cellule ghiandolari degli insetti, il nucleo può avere una struttura ramificata.

Il numero di nuclei in una cellula può variare

Non sempre è presente un solo nucleo in una cellula dell'organismo. A volte è necessario avere due o più ordigni nucleari per svolgere diverse funzioni contemporaneamente. Al contrario, alcune cellule possono fare a meno del nucleo. Ecco alcuni esempi di cellule insolite che hanno più di un nucleo o nessun nucleo.

1. Globuli rossi e piastrine. Queste cellule del sangue trasportano rispettivamente l'emoglobina e il fibrinogeno. Affinché una cellula contenga la massima quantità di sostanza, ha perso il suo nucleo. Questa caratteristica non è tipica di tutti i rappresentanti del mondo animale: le rane hanno enormi globuli rossi nel sangue con un nucleo pronunciato. Ciò dimostra la primitività di questa classe rispetto ai taxa più sviluppati.

2. Epatociti del fegato. Queste cellule contengono due nuclei. Uno di questi regola la purificazione del sangue dalle tossine e l'altro è responsabile della formazione dell'eme, che successivamente diventerà parte dell'emoglobina nel sangue.

3. Miociti del tessuto scheletrico striato. Le cellule muscolari sono multinucleate. Ciò è dovuto al fatto che subiscono attivamente la sintesi e la scomposizione dell'ATP, nonché l'assemblaggio delle proteine.

Caratteristiche dell'apparato nucleare nei protozoi

Consideriamo ad esempio due tipi di protozoi: ciliati e amebe.

1. Cigliati di pantofola. Questo rappresentante di organismi unicellulari ha due nuclei: vegetativo e generativo. Poiché differiscono sia per funzione che per dimensione, questa caratteristica è chiamata dualismo nucleare.

Il nucleo vegetativo è responsabile del funzionamento quotidiano della cellula. Regola i suoi processi metabolici. Il nucleo generativo è coinvolto nella divisione cellulare e nella coniugazione, un processo sessuale in cui l'informazione genetica viene scambiata con individui della stessa specie.

Malattie

Molte malattie genetiche sono associate ad anomalie nel numero di cromosomi. Ecco un elenco delle deviazioni più note nell'apparato genetico del nucleo:

• Sindrome di Down;
• Sidro di Patau;
• Sindrome di Klinefelter;
• Sindrome di Shereshevskij-Turner.

L'elenco potrebbe continuare e ciascuna malattia differisce per il numero seriale di una coppia di cromosomi. Inoltre, tali malattie spesso colpiscono i cromosomi sessuali X e Y.

Conclusione

Il nucleo svolge un ruolo importante nella regolazione dei processi biochimici ed è un deposito di informazioni ereditarie. Anche il trasporto di sostanze dalla cellula e la sintesi delle proteine ​​sono associati al funzionamento di questa struttura centrale della cellula. Questo è ciò che è un nucleo in biologia.