La structure et les fonctions de la cellule ont subi un certain nombre de changements au cours de l'évolution. L'apparition de nouveaux organites a été précédée de transformations de l'atmosphère et de la lithosphère de la jeune planète. L'une des acquisitions importantes était le noyau cellulaire. Les organismes eucaryotes ont reçu, en raison de la présence d'organites distincts, des avantages significatifs par rapport aux procaryotes et ont rapidement commencé à dominer.
Le noyau cellulaire, dont la structure et les fonctions sont quelque peu différentes dans différents tissus et organes, a amélioré la qualité de la biosynthèse de l'ARN et la transmission de l'information héréditaire.
Origine
À ce jour, il existe deux hypothèses principales sur la formation d'une cellule eucaryote. Selon la théorie symbiotique, les organites (comme les flagelles ou les mitochondries) étaient autrefois des organismes procaryotes distincts. Les ancêtres des eucaryotes modernes les dévoraient. Le résultat était un organisme symbiotique.
Le noyau s'est formé à la suite d'une saillie vers l'intérieursection de la membrane cytoplasmique. C'était une acquisition nécessaire sur la voie de la maîtrise d'un nouveau mode de nutrition, la phagocytose, par la cellule. La capture de nourriture s'accompagne d'une augmentation du degré de mobilité cytoplasmique. Les génophores, qui étaient le matériel génétique d'une cellule procaryote et attachés aux parois, tombaient dans une zone de fort "flux" et avaient besoin de protection. En conséquence, une invagination profonde d'une section de la membrane contenant des génophores attachés s'est formée. Cette hypothèse est étayée par le fait que la coquille du noyau est inextricablement liée à la membrane cytoplasmique de la cellule.
Il existe une autre version du développement des événements. Selon l'hypothèse virale de l'origine du noyau, il s'est formé à la suite de l'infection d'une ancienne cellule archéenne. Un virus à ADN s'y est infiltré et a progressivement pris le contrôle complet des processus vitaux. Les scientifiques qui considèrent cette théorie plus correcte, donnent beaucoup d'arguments en sa faveur. Cependant, à ce jour, il n'existe aucune preuve concluante pour aucune des hypothèses existantes.
Un ou plusieurs
La plupart des cellules des eucaryotes modernes ont un noyau. La grande majorité d'entre eux ne contiennent qu'un seul de ces organites. Il existe cependant des cellules qui ont perdu le noyau en raison de certaines caractéristiques fonctionnelles. Ceux-ci comprennent, par exemple, les érythrocytes. Il existe aussi des cellules à deux (ciliés) et même à plusieurs noyaux.
Structure du noyau cellulaire
Indépendamment des caractéristiques de l'organisme, la structure du noyau est caractérisée par un ensemble deorganites. Il est séparé de l'espace interne de la cellule par une double membrane. À certains endroits, ses couches interne et externe fusionnent, formant des pores. Leur fonction est d'échanger des substances entre le cytoplasme et le noyau.
L'espace organite est rempli de caryoplasme, également appelé sève nucléaire ou nucléoplasme. Il contient la chromatine et le nucléole. Parfois, le dernier des organites nommés du noyau cellulaire n'est pas présent en un seul exemplaire. Chez certains organismes, les nucléoles, au contraire, sont absents.
Membrane
La membrane nucléaire est formée de lipides et se compose de deux couches: externe et interne. En fait, il s'agit de la même membrane cellulaire. Le noyau communique avec les canaux du réticulum endoplasmique à travers l'espace périnucléaire, une cavité formée par deux couches de la membrane.
Les membranes externe et interne ont leurs propres caractéristiques structurelles, mais sont généralement assez similaires.
Le plus proche du cytoplasme
La couche externe passe dans la membrane du réticulum endoplasmique. Sa principale différence avec ce dernier est une concentration significativement plus élevée de protéines dans la structure. La membrane en contact direct avec le cytoplasme de la cellule est recouverte d'une couche de ribosomes provenant de l'extérieur. Il est relié à la membrane interne par de nombreux pores, qui sont des complexes protéiques assez gros.
Couche intérieure
La membrane faisant face au noyau cellulaire, contrairement à la membrane externe, est lisse, non recouverte de ribosomes. Il limite le caryoplasme. Un trait caractéristique de la membrane interne est une couche de lamina nucléaire qui la tapisse de côté,en contact avec le nucléoplasme. Cette structure protéique spécifique maintient la forme de l'enveloppe, est impliquée dans la régulation de l'expression des gènes et favorise également la fixation de la chromatine à la membrane nucléaire.
Métabolisme
L'interaction du noyau et du cytoplasme s'effectue à travers les pores nucléaires. Ce sont des structures assez complexes formées de 30 protéines. Le nombre de pores sur un noyau peut être différent. Cela dépend du type de cellule, d'organe et d'organisme. Ainsi, chez l'homme, le noyau cellulaire peut avoir de 3 à 5 000 pores, chez certaines grenouilles, il atteint 50 000.
La fonction principale des pores est l'échange de substances entre le noyau et le reste de l'espace cellulaire. Certaines molécules traversent passivement les pores, sans dépense d'énergie supplémentaire. Ils sont de petite taille. Le transport de grosses molécules et de complexes supramoléculaires nécessite la consommation d'une certaine quantité d'énergie.
Les molécules d'ARN synthétisées dans le noyau pénètrent dans la cellule à partir du caryoplasme. Les protéines nécessaires aux processus intranucléaires sont transportées dans la direction opposée.
Nucléoplasme
Le jus nucléaire est une solution colloïdale de protéines. Il est délimité par l'enveloppe nucléaire et entoure la chromatine et le nucléole. Le nucléoplasme est un liquide visqueux dans lequel diverses substances sont dissoutes. Ceux-ci incluent les nucléotides et les enzymes. Les premiers sont essentiels à la synthèse de l'ADN. Les enzymes sont impliquées dans la transcription ainsi que dans la réparation et la réplication de l'ADN.
La structure du suc nucléaire change en fonction de l'état de la cellule. Il y en a deux - stationnaire etsurvenant lors de la division. Le premier est caractéristique de l'interphase (le temps entre les divisions). Dans le même temps, le suc nucléaire se distingue par une distribution uniforme d'acides nucléiques et de molécules d'ADN non structurées. Pendant cette période, le matériel héréditaire existe sous forme de chromatine. La division du noyau cellulaire s'accompagne de la transformation de la chromatine en chromosomes. À ce moment, la structure du caryoplasme change: le matériel génétique acquiert une certaine structure, l'enveloppe nucléaire est détruite et le caryoplasme se mélange au cytoplasme.
Chromosomes
Les principales fonctions des structures nucléoprotéiques de la chromatine transformée au moment de la division sont le stockage, la mise en œuvre et la transmission des informations héréditaires contenues dans le noyau cellulaire. Les chromosomes sont caractérisés par une certaine forme: ils sont divisés en parties ou bras par une constriction primaire, également appelée coelomere. Selon sa localisation, on distingue trois types de chromosomes:
- en forme de bâtonnet ou acrocentrique: ils se caractérisent par le placement du coelomere presque à l'extrémité, un bras est très petit;
- diversifiés ou submétacentriques ont des bras de longueur inégale;
- équilatéral ou métacentrique.
L'ensemble des chromosomes d'une cellule s'appelle un caryotype. Chaque type est fixe. Dans ce cas, différentes cellules du même organisme peuvent contenir un ensemble diploïde (double) ou haploïde (simple). La première option est typique des cellules somatiques, qui constituent principalement le corps. L'ensemble haploïde est un privilège des cellules germinales. cellules somatiques humainescontiennent 46 chromosomes, le sexe - 23.
Les chromosomes de l'ensemble diploïde forment des paires. Les structures nucléoprotéiques identiques incluses dans une paire sont appelées alléliques. Ils ont la même structure et remplissent les mêmes fonctions.
L'unité structurelle des chromosomes est le gène. C'est une section de la molécule d'ADN qui code pour une protéine spécifique.
Nucléole
Le noyau cellulaire a un autre organite - le nucléole. Il n'est pas séparé du caryoplasme par une membrane, mais il est facile de le remarquer lors de l'examen de la cellule au microscope. Certains noyaux peuvent avoir plusieurs nucléoles. Il y a aussi ceux dans lesquels de tels organites sont complètement absents.
La forme du nucléole ressemble à une sphère, a une taille assez petite. Il contient diverses protéines. La fonction principale du nucléole est la synthèse de l'ARN ribosomal et des ribosomes eux-mêmes. Ils sont nécessaires à la création de chaînes polypeptidiques. Les nucléoles se forment autour de régions particulières du génome. Ils sont appelés organisateurs nucléolaires. Il contient les gènes de l'ARN ribosomal. Le nucléole, entre autres choses, est l'endroit où la concentration de protéines est la plus élevée dans la cellule. Une partie des protéines est nécessaire pour remplir les fonctions de l'organoïde.
Le nucléole se compose de deux composants: granuleux et fibrillaire. Le premier est la maturation des sous-unités de ribosome. Au centre fibrillaire, la synthèse de l'ARN ribosomique est réalisée. Le composant granuleux entoure le composant fibrillaire situé au centre du nucléole.
Noyau cellulaire et ses fonctions
Le rôle quejoue le rôle central, est inextricablement lié à sa structure. Les structures internes de l'organoïde mettent en œuvre conjointement les processus les plus importants de la cellule. Il abrite l'information génétique qui détermine la structure et la fonction de la cellule. Le noyau est responsable du stockage et de la transmission des informations héréditaires pendant la mitose et la méiose. Dans le premier cas, la cellule fille reçoit un ensemble de gènes identiques au parent. À la suite de la méiose, les cellules germinales se forment avec un ensemble haploïde de chromosomes.
Une autre fonction non moins importante du noyau est la régulation des processus intracellulaires. Elle est réalisée à la suite du contrôle de la synthèse des protéines responsables de la structure et du fonctionnement des éléments cellulaires.
L'influence sur la synthèse des protéines a une autre expression. Le noyau, contrôlant les processus à l'intérieur de la cellule, réunit tous ses organites en un seul système avec un mécanisme de travail qui fonctionne bien. Les échecs dans celui-ci conduisent, en règle générale, à la mort cellulaire.
Enfin, le noyau est le site de synthèse des sous-unités ribosomiques, qui sont responsables de la formation de la même protéine à partir des acides aminés. Les ribosomes sont indispensables dans le processus de transcription.
La cellule eucaryote est une structure plus parfaite que la cellule procaryote. L'apparition d'organites avec leur propre membrane a permis d'augmenter l'efficacité des processus intracellulaires. La formation d'un noyau entouré d'une double membrane lipidique a joué un rôle très important dans cette évolution. La protection des informations héréditaires par la membrane a permis aux anciens organismes unicellulaires de maîtriserorganismes dans de nouveaux modes de vie. Parmi eux se trouvait la phagocytose, qui, selon une version, a conduit à l'émergence d'un organisme symbiotique, qui est devenu plus tard l'ancêtre de la cellule eucaryote moderne avec tous ses organites caractéristiques. Le noyau cellulaire, la structure et les fonctions de certaines nouvelles structures ont permis d'utiliser l'oxygène dans le métabolisme. La conséquence en a été un changement cardinal dans la biosphère terrestre, les bases ont été jetées pour la formation et le développement d'organismes multicellulaires. Aujourd'hui, les organismes eucaryotes, dont font partie les humains, dominent la planète, et rien ne laisse présager de changements à cet égard.
