Nucleul (nucleul latin) este una dintre componentele structurale ale unei celule eucariote, care conține informații genetice (molecule de ADN) și îndeplinește următoarele funcții:
1) stocarea și reproducerea informațiilor genetice
2) reglarea proceselor metabolice care au loc în celulă
Forma nucleului depinde în mare măsură de forma celulei poate fi complet neregulată. Există miezuri sferice și multilobate. Invaginări și excrescențe invelis nuclear crește semnificativ suprafața nucleului și întărește astfel legătura dintre structurile și substanțele nucleare și citoplasmatice.
Structura de bază
Miezul este înconjurat de o înveliș, care constă din două membrane cu o structură tipică. Membrana nucleară exterioară de pe suprafața orientată spre citoplasmă este acoperită cu ribozomi, membrana interioară este netedă.
Învelișul nuclear face parte din sistemul membranei celulare. Excrescențele membranei nucleare exterioare se conectează cu canalele reticulului endoplasmatic, formând un singur sistem de canale comunicante. Metabolismul dintre nucleu și citoplasmă are loc în două moduri principale. În primul rând, învelișul nuclear este pătruns de numeroși pori prin care se fac schimb de molecule între nucleu și citoplasmă. În al doilea rând, substanțele din nucleu în citoplasmă și înapoi pot intra din cauza eliberării de invaginări și excrescențe ale membranei nucleare. În ciuda schimbului activ de substanțe între nucleu și citoplasmă, învelișul nuclear limitează conținutul nuclear din citoplasmă, asigurând astfel diferențe în compoziția chimică a sucului nuclear și a citoplasmei. Acest lucru este necesar pentru funcționarea normală a structurilor nucleare.
Conținutul nucleului este împărțit în suc nuclear, cromatină și nucleol.
Într-o celulă vie, seva nucleară apare ca o masă fără structură care umple golurile dintre structurile nucleului. Sucul nuclear conține diverse proteine, inclusiv majoritatea enzimelor nucleare, proteinele cromatinei și proteinele ribozomale. Sucul nuclear conține, de asemenea, nucleotide libere necesare pentru construcția moleculelor de ADN și ARN, aminoacizi, toate tipurile de ARN, precum și produse ale activității. nucleol și cromatina, apoi transportate de la nucleu la citoplasmă.
Cromatina (greacă chroma - culoare, culoare) este numele dat aglomerărilor, granulelor și structurilor de tip rețea ale nucleului, care sunt colorate intens cu niște coloranți și diferă ca formă de nucleol. Cromatina conține ADN și proteine și reprezintă secțiuni spiralate și compactate ale cromozomilor. Secțiunile spiralate ale cromozomilor sunt inactive genetic.
Rolul lor specific - transferul de informații genetice - poate fi îndeplinit doar de secțiuni despiralizate-nerăsucite ale cromozomilor, care, datorită grosimii lor mici, nu sunt vizibile la microscopul cu lumină.
A treia structură caracteristică unei celule este nucleolul. Este un corp rotund dens scufundat în suc nuclear. În nucleele diferitelor celule, precum și în nucleul aceleiași celule, în funcție de starea sa funcțională, numărul de nucleoli poate varia de la 1 la 5-7 sau mai mult. Numărul de nucleoli poate depăși numărul de cromozomi din set; acest lucru se întâmplă din cauza reduplicării selective a genelor responsabile de sinteza ARNr. Nucleolii sunt prezenți numai în nucleele care nu se divizează în timpul mitozei, ei dispar din cauza spiralizării cromozomilor și eliberării tuturor ribozomilor formați anterior în citoplasmă, iar după terminarea diviziunii apar din nou.
Nucleolul nu este o structură independentă a nucleului. Se formează în jurul regiunii cromozomului în care este codificată structura ARNr. Această parte a cromozomului - gena - se numește organizator nucleolar (NO), iar pe ea are loc sinteza r-ARN.
Pe lângă acumularea de ARN-r, în nucleol se formează subunități ribozomale, care apoi se deplasează în citoplasmă și, combinând cu participarea cationilor Ca2+, formează ribozomi integrali capabili să participe la biosinteza proteinelor.
Astfel, nucleolul este o acumulare de r-ARN și ribozomi pe diferite etape formarea, care se bazează pe o secțiune a cromozomului care poartă o genă - un organizator nucleolar, care conține informații ereditare despre structura r-ARN.
Structuri nucleare
Cele mai simple modele sintactice, care stau la baza activității de vorbire, deoarece sunt folosite pentru diverse transformări în funcție de cerințele contextului.
Dicționar-carte de referință termeni lingvistici. Ed. al 2-lea. - M.: Iluminismul. Rosenthal D. E., Telenkova M. A.. 1976 .
Vedeți ce sunt „structurile nucleare” în alte dicționare:
structuri nucleare- cele mai simple modele sintactice ale unei limbi date, care stau la baza activitatii de vorbire in sensul ca utilizatorii unei limbi date supun aceste modele la diverse transformari in functie de cerintele contextului. mier. nucleare......
Transformări la. nuclee atunci când interacționează cu particule, inclusiv cuante g sau între ele. Pentru a implementa Ya.r. este necesar să se apropie hc (două nuclee, un nucleu și un nucleon etc.) la o distanță de 10 13 cm Energia incidentului încărcată pozitiv. de ce ar trebui...... Enciclopedie fizică
fibrile nucleare- Structuri intranucleare sub formă de fir, care sunt fragmente ale scheletului nuclear [Arefyev V.A., Lisovenko L.A. engleză rusă dicţionar explicativ termeni genetici 1995 407 p.] Subiecte genetica EN fibrile nucleare ... Ghidul tehnic al traducătorului
Transformări ale nucleelor atomice atunci când interacționează cu particule elementare, cuante γ sau între ele. Pentru a implementa Ya.r. este necesar să se apropie particulele (două nuclee, un nucleu și un nucleon etc.) Reacții nucleare 10 13 cm Energie... ...
Schimbul de substanțe între nucleu și citoplasma celulei se realizează prin porii nucleari ai canalelor de transport care pătrund în învelișul nuclear cu două straturi. Tranziția moleculelor de la nucleu la citoplasmă și în direcția opusă se numește nuclear... ... Wikipedia
Forța puternică (forța de culoare, forța nucleară) este una dintre cele patru forțe fundamentale din fizică. Interacțiunea puternică operează la scara nucleelor atomice și mai mici, responsabile de atracția dintre nucleonii din nuclei și ... Wikipedia
Fibrile nucleare fibrile nucleare. Structuri intranucleare sub formă de fir care sunt fragmente ale scheletului nuclear
propuneri nucleare- cele mai simple structuri sintactice ale unei limbi date, în care obiectele sunt desemnate prin substantive, procesele prin verbe, iar caracteristicile prin adjective și adverbe, din care structurile de suprafață se formează printr-o serie de transformări... Dicționar de traducere explicativă
reactii nucleare- transformarea atomilor nucleelor la ciocnirea cu alte nuclee, particule elementare sau raze gamma. Prin bombardarea nucleelor grele cu altele mai ușoare s-au obținut toate elementele transuraniu. Reacție nucleară prescurtată, de exemplu, ca... ... Dicţionar Enciclopedicîn metalurgie
Procesele nucleare în care nucleul atomic energia este transferată predominant unuia sau unui grup mic de nucleoni (vezi Nucleoni). P. I. r. sunt diverse, sunt cauzate de tot felul de particule incidente (de la γ quanta la... ... Marea Enciclopedie Sovietică
Cărți
- Activități inovatoare în industria nucleară (pe exemplul strategiei de dezvoltare a ciclurilor combustibilului nuclear, inclusiv a celor inovatoare). Cartea 1. Principiile de bază ale politicii de inovare, A. V. Putilov, A. G. Vorobyov, M. N. Strikhanov. ÎN manual relevă rolul și locul inovării în dezvoltarea socială folosind exemplul industriei nucleare; scopurile și obiectivele politicii naționale de inovare. Instrumente revizuite...
- Introducere în fizica microlumilor. Fizica particulelor și nucleelor, L. I. Sarycheva. Această carte prezintă principalele caracteristici ale fundamentale și particule elementareși procesele care au loc cu ei în diverse tipuri interacțiuni. Modern...
Nucleul celular este una dintre componentele principale ale tuturor celulelor vegetale și animale, indisolubil legat de schimbul, transmiterea de informații ereditare etc.
Forma nucleului celular variază în funcție de tipul de celulă. Există ovale, sferice și formă neregulată- nuclei celulari în formă de potcoavă sau multilobați (în leucocite), nuclei celulari în formă de mărgele (la unii ciliați), nuclei de celule ramificate (în celulele glandulare ale insectelor), etc. Dimensiunea nucleului celular variază, dar este de obicei asociat cu volumul citoplasmei. Încălcarea acestui raport în timpul creșterii celulare duce la diviziunea celulară. Numărul de nuclee celulare variază și el - majoritatea celulelor au un singur nucleu, deși se găsesc celule binucleate și multinucleate (de exemplu, unele celule hepatice și măduvei osoase). Poziția nucleului în celulă este caracteristică fiecărui tip de celulă. În celulele germinale, nucleul este situat de obicei în centrul celulei, dar se poate mișca pe măsură ce celula se dezvoltă și se formează zone specializate în citoplasmă sau se depun în ea substanțe de rezervă.
În nucleul celular se disting structurile principale: 1) membrana nucleară (membrană nucleară), prin porii căreia are loc schimbul între nucleul celular și citoplasmă [există dovezi care indică faptul că membrana nucleară (formată din două straturi). ) trece continuu în membranele reticulului endoplasmatic (vezi) și complexul Golgi]; 2) suc nuclear sau carioplasmă, o masă plasmatică semi-lichidă, slab colorată, care umple toți nucleii celulari și conține componentele rămase ale nucleului; 3) (vezi), care într-un nucleu nedivizat sunt vizibile numai cu ajutorul unor metode speciale de microscopie (pe o secțiune colorată a unei celule care nu se divide, cromozomii arată de obicei ca o rețea neregulată de fire și boabe întunecate, numite colectiv ); 4) unul sau mai multe corpuri sferice - nucleoli, care sunt o parte specializată a nucleului celular și sunt asociate cu sinteza acidului ribonucleic și a proteinelor.
Nucleul celular are un complex organizarea chimică, în care rol vital play nucleoproteins - un produs al combinației cu proteine. Există două perioade principale în viața unei celule: perioada de interfază sau metabolică și perioada mitotică sau de diviziune. Ambele perioade sunt caracterizate în principal de modificări ale structurii nucleului celular. În interfaza, nucleul celular este în stare de repaus și participă la sinteza proteinelor, reglarea formării formei, procesele de secreție și alte funcții vitale ale celulei. În timpul perioadei de diviziune, apar modificări în nucleul celulei, ducând la redistribuirea cromozomilor și formarea nucleilor de celule fiice; informaţia ereditară este astfel transmisă prin structuri nucleare unei noi generaţii de celule.
Nucleii celulari se reproduc numai prin diviziune, iar în cele mai multe cazuri celulele înseși se divid și ele. De obicei se face o distincție între: diviziunea directă a nucleului celular prin ligatură - amitoză și cea mai comună modalitate de împărțire a nucleilor celulari - diviziunea indirectă tipică, sau mitoză (vezi).
Acțiunea radiațiilor ionizante și a altor factori pot modifica informațiile genetice conținute în nucleul celulei, ducând la diferite modificări ale aparatului nuclear, care uneori pot duce la moartea celulelor în sine sau pot provoca anomalii ereditare la descendenți (vezi Ereditatea Prin urmare, studiul structurii și funcțiilor celulelor nucleului, în special a legăturilor dintre relațiile cromozomiale și moștenirea trăsăturilor, care sunt tratate de citogenetică, are o importanță practică semnificativă pentru medicină (vezi).
Vezi și Cage.
Nucleul celular este cel mai important componentă toate celulele vegetale și animale.
O celulă lipsită de nucleu sau cu un nucleu deteriorat nu își poate îndeplini funcțiile în mod normal. Nucleul celular, sau mai exact, acidul dezoxiribonucleic (ADN) organizat în cromozomii săi (vezi), este purtătorul de informații ereditare care determină toate caracteristicile celulei, țesuturilor și întregului organism, ontogeneza acestuia și normele de răspuns ale organismului. la influențele mediului. Informația ereditară conținută în nucleu este codificată în moleculele de ADN care alcătuiesc cromozomul printr-o secvență de patru baze azotate: adenină, timină, guanină și citozină. Această secvență este matricea care determină structura proteinelor sintetizate în celulă.
Chiar și cele mai minore tulburări ale structurii nucleului celular duc la modificări ireversibile ale proprietăților celulei sau la moartea acesteia. Pericolul radiațiilor ionizante și al multor substanțe chimice pentru ereditate (vezi) și pentru dezvoltare normală Fătul se bazează pe deteriorarea nucleelor din celulele germinale ale unui organism adult sau din celulele somatice ale unui embrion în curs de dezvoltare. Transformarea unei celule normale într-una malignă se bazează și pe anumite tulburări în structura nucleului celular.
Dimensiunea și forma nucleului celular și raportul dintre volumul său și volumul întregii celule sunt caracteristice diferitelor țesuturi. Una dintre principalele caracteristici care distinge elementele sângelui alb și roșu este forma și dimensiunea nucleelor lor. Nucleii leucocitelor pot avea formă neregulată: curbat-în formă de cârnați, în formă de gheare sau în formă de mărgele; în acest din urmă caz, fiecare secțiune a miezului este conectată la cea vecină printr-un jumper subțire. În celulele germinale masculine mature (spermatozoizi), nucleul celular reprezintă marea majoritate a volumului total al celulei.
Eritrocitele mature (vezi) ale oamenilor și mamiferelor nu au un nucleu, deoarece îl pierd în timpul procesului de diferențiere. Ei au perioadă limitată viață și nu se pot reproduce. Celulelor bacteriilor și algelor albastre-verzi le lipsește un nucleu bine definit. Cu toate acestea, ele conțin toate caracteristicile unui nucleu celular chimicale, distribuite în timpul diviziunii între celulele fiice cu aceeași regularitate ca și în celulele organismelor multicelulare superioare. În viruși și fagi, nucleul este reprezentat de o singură moleculă de ADN.
Când se examinează o celulă în repaus (nedivizată) la microscopul luminos, nucleul celulei poate avea aspectul unei vezicule fără structură, cu unul sau mai mulți nucleoli. Nucleul celular este bine colorat cu coloranți nucleari speciali (hematoxilină, albastru de metilen, safranină etc.), care sunt de obicei utilizați în practica de laborator. Folosind un dispozitiv de contrast de fază, nucleul celular poate fi examinat intravital. ÎN ultimii ani Pentru a studia procesele care au loc în nucleul celulei, microcinematografia, atomii marcați C14 și H3 (autoradiografie) și microspectrofotometria sunt utilizate pe scară largă. Această din urmă metodă este utilizată cu succes în special pentru a studia modificările cantitative ale ADN-ului din nucleu în timpul ciclului de viață al celulei. Un microscop electronic face posibilă dezvăluirea detaliilor structurii fine a nucleului unei celule în repaus care sunt nedetectabile într-un microscop optic (Fig. 1).
Orez. 1. Diagrama modernă a structurii celulei, bazată pe observații la microscop electronic: 1 - citoplasmă; 2 - Aparat Golgi; 3 - centrozomi; 4 - reticul endoplasmatic; 5 - mitocondrii; 6 - membrana celulara; 7 - carcasa de miez; 8 - nucleol; 9 - miez.
În timpul diviziunii celulare - cariokineza sau mitoza (vezi) - nucleul celular suferă o serie de transformări complexe (Fig. 2), în timpul cărora cromozomii săi devin clar vizibili. Înainte de diviziunea celulară, fiecare cromozom al nucleului sintetizează unul similar din substanțele prezente în seva nucleară, după care cromozomii mamă și fiică diverg către polii opuși ai celulei în diviziune. Ca urmare, fiecare celulă fiică primește același set de cromozomi ca și celula mamă și, odată cu aceasta, informațiile ereditare conținute în ea. Mitoza asigură împărțirea corectă ideală a tuturor cromozomilor nucleului în două părți egale.
Mitoza și meioza (vezi) sunt cele mai importante mecanisme, oferind modele ale fenomenelor ereditate. În unele organisme simple, precum și în cazuri patologice în celulele mamifere și umane, nucleii celulari se divid prin constricție simplă sau amitoză. În ultimii ani, s-a demonstrat că și în timpul amitozei au loc procese care asigură divizarea nucleului celular în două părți egale.
Setul de cromozomi din nucleul celulei unui individ se numește cariotip (vezi). Cariotipul din toate celulele unui individ dat este de obicei același. Multe anomalii și deformări congenitale (sindromul Down, sindromul Klinefelter, sindromul Turner-Shereshevsky etc.) sunt cauzate de diferite tulburări cariotip care au apărut fie stadii incipiente embriogeneza, sau în timpul maturizării celulei germinale din care a apărut individul anormal. Anomaliile de dezvoltare asociate cu tulburări vizibile ale structurilor cromozomiale ale nucleului celular sunt numite boli cromozomiale (vezi Boli ereditare). Diferite leziuni cromozomiale pot fi cauzate de acțiunea mutagenilor fizici sau chimici (Fig. 3). În prezent, metodele care fac posibilă stabilirea rapidă și precisă a cariotipului unei persoane sunt utilizate pentru diagnosticarea precoce a bolilor cromozomiale și pentru a clarifica etiologia anumitor boli.
Orez. 2. Etapele mitozei în celulele culturii tisulare umane (tulpina transplantabilă HEp-2): 1 - profază precoce; 2 - profază tardivă (dispariția membranei nucleare); 3 - metafaza (stadiul steaua mamă), vedere de sus; 4 - metafaza, vedere laterală; 5 - anafaza, începutul divergenței cromozomilor; 6 - anafaza, cromozomii s-au separat; 7 - telofaza, stadiul bobinelor fiice; 8 - telofaza si diviziunea corpului celular.
Orez. 3. Deteriorarea cromozomilor cauzata de radiatii ionizante si mutageni chimici: 1 - telofaza normala; 2-4 - telofaze cu punți și fragmente în fibroblaste embrionare umane iradiate cu raze X în doză de 10 r; 5 și 6 - la fel în celulele hematopoietice ale cobaiului; 7 - puntea cromozomală în epiteliul corneean al unui șoarece iradiat cu o doză de 25 r; 8 - fragmentarea cromozomilor din fibroblastele embrionare umane ca urmare a expunerii la nitrozoetiluree.
Un organel important al nucleului celular - nucleolul - este un produs al activității vitale a cromozomilor. Produce acid ribonucleic (ARN), care este un intermediar esențial în sinteza proteinelor produse de fiecare celulă.
Nucleul celular este separat de citoplasma înconjurătoare (vezi) printr-o membrană, a cărei grosime este de 60-70 Å.
Prin porii din membrană, substanțele sintetizate în nucleu intră în citoplasmă. Spațiul dintre învelișul nuclear și toate organelele sale este umplut cu carioplasmă, constând din proteine bazice și acide, enzime, nucleotide, săruri anorganice și alți compuși cu molecul scăzut necesar pentru sinteza cromozomilor fiice în timpul diviziunii nucleului celular.
Plicul nuclear
Această structură este caracteristică tuturor celulelor eucariote. Învelișul nuclear este format din membrane exterioare și interioare separate printr-un spațiu perinuclear cu lățime cuprinsă între 20 și 60 nm. Învelișul nuclear include pori nucleari.
Membranele învelișului nuclear nu diferă morfologic de alte membrane intracelulare: au o grosime de aproximativ 7 nm și constau din două straturi osmiofile.
ÎN vedere generalăînvelișul nuclear poate fi reprezentat ca un sac gol cu două straturi care separă conținutul nucleului de citoplasmă. Dintre toate componentele membranei intracelulare, numai nucleul, mitocondriile și plastidele au acest tip de aranjament membranar. Cu toate acestea, membrana nucleară are trăsătură caracteristică, deosebindu-l de alte structuri membranare ale celulei. Aceasta este prezența unor pori speciali în membrana nucleară, care se formează datorită numeroaselor zone de fuziune a două membrane nucleare și reprezintă, parcă, perforații rotunjite ale întregii membrane nucleare.
Structura anvelopei nucleare
Membrana exterioară a învelișului nuclear, care este în contact direct cu citoplasma celulei, are o serie de caracteristici structurale care fac posibilă clasificarea acesteia ca sistem membranar reticulul endoplasmatic. Astfel, pe membrana nucleară exterioară se află de obicei număr mare ribozomi La majoritatea animalelor şi celule vegetale Membrana exterioară a învelișului nuclear nu reprezintă o suprafață perfect plană - poate forma proeminențe sau excrescențe de dimensiuni diferite spre citoplasmă.
Membrana interioară este în contact cu materialul cromozomial al nucleului (vezi mai jos).
Cea mai caracteristică și mai vizibilă structură din învelișul nuclear este porul nuclear. Porii din înveliș se formează datorită fuziunii a două membrane nucleare sub formă de găuri rotunjite sau perforații cu diametrul de 80-90 nm. Orificiul traversant rotunjit din învelișul nuclear este umplut cu structuri globulare și fibrilare complexe. Colecția perforațiilor membranei și a acestor structuri se numește complexul porilor nucleari. Acest lucru subliniază că timpul nuclear nu este doar prin gauraîn învelișul nuclear, prin care substanțele nucleului și citoplasmei pot comunica direct.
Complexul complex de pori are simetrie octogonală. De-a lungul graniței găurii rotunde din membrana nucleară există trei rânduri de granule, câte 8 bucăți fiecare: un rând se află pe partea nucleară, celălalt pe partea citoplasmatică, iar al treilea este situat în partea centrală a porilor. . Dimensiunea granulelor este de aproximativ 25 nm. Procesele fibrilare se extind din aceste granule. Astfel de fibrile, care se extind din granule periferice, pot converge în centru și pot crea, așa cum ar fi, o partiție, o diafragmă, peste por. În centrul găurii puteți vedea adesea așa-numita granulă centrală.
Numărul de pori nucleari depinde de activitatea metabolică a celulelor: cu cât procesele sintetice din celule sunt mai mari, cu atât mai mulți pori pe unitatea de suprafață a nucleului celular.
Numărul de pori nucleari în diverse obiecte
Chimia învelișului nuclear
Cantități mici de ADN (0-8%), ARN (3-9%) se găsesc în membranele nucleare, dar principalul componente chimice sunt lipidele (13-35%) și proteinele (50-75%), care sunt pentru toate membranele celulare.
Compoziția lipidică este similară cu cea a membranelor microzomale sau a membranelor reticulului endoplasmatic. Membranele nucleare se caracterizează printr-un conținut relativ scăzut de colesterol și un conținut ridicat de fosfolipide îmbogățite în acizi grași saturați.
Compoziția proteică a fracțiilor membranare este foarte complexă. Printre proteine, au fost găsite o serie de enzime comune ER (de exemplu, glucoză-6-fosfatază, ATPază dependentă de Mg, glutamat dehidrogenază etc.); Aici au fost detectate activitățile multor enzime oxidative (citocrom oxidază, NADH-citocrom c reductază) și diferiți citocromi.
Printre fracțiile proteice ale membranelor nucleare, există proteine de bază precum histonele, care se explică prin legătura regiunilor cromatinei cu învelișul nuclear.
Învelișul nuclear și schimbul nuclear-citoplasmatic
Învelișul nuclear este un sistem care delimitează două compartimente celulare principale: citoplasma și nucleul. Membranele nucleare sunt complet permeabile la ioni și substanțe cu greutate moleculară mică, cum ar fi zaharuri, aminoacizi și nucleotide. Se crede că proteinele cu o greutate moleculară de până la 70 de mii și o dimensiune de cel mult 4,5 nm pot difuza liber prin înveliș.
Este cunoscut și procesul invers - transferul de substanțe din nucleu în citoplasmă. Aceasta se referă în primul rând la transportul ARN sintetizat exclusiv în nucleu.
O altă modalitate de transport a substanțelor de la nucleu la citoplasmă este asociată cu formarea de excrescențe ale membranei nucleare, care pot fi separate de nucleu sub formă de vacuole, conținutul lor fiind apoi turnat sau eliberat în citoplasmă.
Astfel, din numeroasele proprietăți și încărcături funcționale ale învelișului nuclear, trebuie subliniat rolul său de barieră care separă conținutul nucleului de citoplasmă, limitând accesul liber la nucleu al agregatelor mari de biopolimeri, barieră care reglează activ transportul macromoleculelor între nucleu și citoplasmă.
Una dintre funcțiile principale ale membranei nucleare ar trebui să fie, de asemenea, considerată participarea sa la crearea ordinii intranucleare, la fixarea materialului cromozomial în spațiul tridimensional al nucleului.