Le noyau cellulaire est son organite le plus important, le lieu de stockage et de reproduction des informations héréditaires. Il s'agit d'une structure membranaire qui occupe 10 à 40 % de la cellule, dont les fonctions sont très importantes pour la vie des eucaryotes. Cependant, même sans la présence d'un noyau, la réalisation d'informations héréditaires est possible. Un exemple de ce processus est l'activité vitale des cellules bactériennes. Néanmoins, les caractéristiques structurelles du noyau et son objectif sont très importants pour un organisme multicellulaire.
Emplacement du noyau dans la cellule et sa structure
Le noyau est situé dans l'épaisseur du cytoplasme et est en contact direct avec le réticulum endoplasmique rugueux et lisse. Il est entouré de deux membranes entre lesquelles se trouve l'espace périnucléaire. À l'intérieur du noyau se trouvent une matrice, de la chromatine et quelques nucléoles.
Certaines cellules humaines matures n'ont pas de noyau, tandis que d'autres fonctionnent dans des conditions d'inhibition sévère de son activité. En général, la structure du noyau (schéma) se présente comme une cavité nucléaire, limitée par un caryolemme de la cellule, contenant de la chromatine et des nucléoles fixés dans le nucléoplasmematrice nucléaire.
Structure du caryolemme
Pour la commodité de l'étude de la cellule noyau, celle-ci doit être perçue comme des bulles, limitées par des coquilles d'autres bulles. Le noyau est une bulle d'information héréditaire située dans l'épaisseur de la cellule. Il est protégé de son cytoplasme par une membrane lipidique bicouche. La structure de la coquille du noyau est similaire à la membrane cellulaire. En fait, ils ne se distinguent que par le nom et le nombre de couches. Sans tout cela, ils sont identiques dans leur structure et leur fonction.
La structure du caryolemme (membrane nucléaire) est à deux couches: elle est constituée de deux couches lipidiques. La couche bilipidique externe du caryolemme est en contact direct avec le réticulum rugueux de l'endoplasme cellulaire. Caryolemme interne - avec le contenu du noyau. Il existe un espace périnucléaire entre les caryomembranes externe et interne. Apparemment, il s'est formé en raison de phénomènes électrostatiques - répulsion des zones de résidus de glycérol.
La fonction de la membrane nucléaire est de créer une barrière mécanique qui sépare le noyau du cytoplasme. La membrane interne du noyau sert de site de fixation pour la matrice nucléaire - une chaîne de molécules de protéines qui supporte la structure en vrac. Il existe des pores spéciaux dans deux membranes nucléaires: l'ARN messager pénètre dans le cytoplasme à travers eux jusqu'aux ribosomes. Dans l'épaisseur même du noyau, il y a plusieurs nucléoles et chromatine.
Structure interne du nucléoplasme
Les caractéristiques de la structure du noyau nous permettent de le comparer à la cellule elle-même. À l'intérieur du noyau, il y a aussi un environnement spécial (nucléoplasme),représenté par un gel-sol, une solution colloïdale de protéines. À l'intérieur se trouve un nucléosquelette (matrice), représenté par des protéines fibrillaires. La principale différence réside uniquement dans le fait que des protéines majoritairement acides sont présentes dans le noyau. Apparemment, une telle réaction de l'environnement est nécessaire pour préserver les propriétés chimiques des acides nucléiques et la survenue de réactions biochimiques.
Nucléole
La structure du noyau cellulaire ne peut être complétée sans le nucléole. Il s'agit d'un ARN ribosomal spiralisé, qui est en phase de maturation. Plus tard, un ribosome en sera extrait - un organite nécessaire à la synthèse des protéines. Dans la structure du nucléole, on distingue deux composants: fibrillaire et globulaire. Ils ne diffèrent que par microscopie électronique et n'ont pas leurs propres membranes.
Le composant fibrillaire est au centre du nucléole. C'est un brin d'ARN de type ribosomal à partir duquel des sous-unités ribosomiques vont être assemblées. Si l'on considère le noyau (structure et fonctions), il est évident qu'un composant granulaire sera ensuite formé à partir d'eux. Ce sont les mêmes sous-unités ribosomiques en maturation qui sont dans les derniers stades de leur développement. Ils forment rapidement des ribosomes. Ils sont retirés du nucléoplasme par les pores nucléaires du caryolemme et pénètrent dans la membrane du réticulum endoplasmique rugueux.
Chromatine et chromosomes
La structure et les fonctions du noyau cellulaire sont organiquement liées: seules les structures sont nécessaires pour stocker et reproduire les informations héréditaires. Il y a aussi un caryosquelette(matrice du noyau), dont la fonction est de maintenir la forme de l'organite. Cependant, le composant le plus important du noyau est la chromatine. Ce sont des chromosomes qui jouent le rôle de classeurs de divers groupes de gènes.
La chromatine est une protéine complexe constituée d'un polypeptide de structure quaternaire relié à un acide nucléique (ARN ou ADN). La chromatine est également présente dans les plasmides bactériens. Près d'un quart du poids total de la chromatine est constitué d'histones - des protéines responsables du "conditionnement" de l'information héréditaire. Cette caractéristique de la structure est étudiée par la biochimie et la biologie. La structure du noyau est complexe précisément à cause de la chromatine et de la présence de processus alternant sa spiralisation et sa déspiralisation.
La présence d'histones permet de condenser et de compléter le brin d'ADN dans un petit endroit - dans le noyau cellulaire. Cela se passe comme suit: les histones forment des nucléosomes, qui sont une structure semblable à des billes. H2B, H3, H2A et H4 sont les principales protéines histones. Le nucléosome est formé de quatre paires de chacune des histones présentées. En même temps, l'histone H1 est un linker: elle est associée à l'ADN au site d'entrée dans le nucléosome. L'empaquetage de l'ADN se produit à la suite de "l'enroulement" d'une molécule linéaire autour de 8 protéines de structure d'histone.
La structure du noyau, dont le schéma est présenté ci-dessus, suggère la présence d'une structure solénoïde d'ADN complétée sur des histones. L'épaisseur de ce conglomérat est d'environ 30 nm. Dans le même temps, la structure peut être davantage compactée afin de prendre moins de place et d'être moins exposée auxdommages mécaniques qui se produisent inévitablement pendant la durée de vie de la cellule.
Fractions de chromatine
La structure, la structure et les fonctions du noyau cellulaire sont fixées sur le maintien des processus dynamiques de spiralisation et de déspiralisation de la chromatine. Par conséquent, il en existe deux fractions principales: fortement spiralée (hétérochromatine) et légèrement spiralée (euchromatine). Ils sont séparés à la fois structurellement et fonctionnellement. Dans l'hétérochromatine, l'ADN est bien protégé de toute influence et ne peut pas être transcrit. L'euchromatine est moins protégée, mais les gènes peuvent être dupliqués pour la synthèse des protéines. Le plus souvent, des sections d'hétérochromatine et d'euchromatine alternent sur toute la longueur du chromosome entier.
Chromosomes
Le noyau cellulaire, dont la structure et les fonctions sont décrites dans cette publication, contient des chromosomes. C'est une chromatine complexe et compacte qui peut être observée au microscope optique. Cependant, cela n'est possible que si une cellule est située sur la lame de verre au stade de la division mitotique ou méiotique. L'une des étapes est la spiralisation de la chromatine avec la formation de chromosomes. Leur structure est extrêmement simple: le chromosome possède un télomère et deux bras. Chaque organisme multicellulaire de la même espèce a la même structure du noyau. Sa table de jeu de chromosomes est également similaire.
Implémentation des fonctions du noyau
Les principales caractéristiques de la structure du noyau sont liées à l'exécution de certaines fonctions et à la nécessité de les contrôler. Le noyau joue le rôle d'un référentiel d'informations héréditaires, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une sorte de classeur avecséquences écrites d'acides aminés de toutes les protéines pouvant être synthétisées dans la cellule. Cela signifie que pour remplir n'importe quelle fonction, une cellule doit synthétiser une protéine dont la structure est codée dans le gène.
Pour que le noyau "comprenne" quelle protéine particulière doit être synthétisée au bon moment, il existe un système de récepteurs externes (membranaires) et internes. Leurs informations parviennent au noyau par l'intermédiaire de transmetteurs moléculaires. Le plus souvent, cela est réalisé par le mécanisme de l'adénylate cyclase. C'est ainsi que les hormones (adrénaline, noradrénaline) et certains médicaments à structure hydrophile agissent sur la cellule.
Le deuxième mécanisme de transfert d'informations est interne. Il est caractéristique des molécules lipophiles - les corticostéroïdes. Cette substance pénètre dans la membrane bilipidique de la cellule et se dirige vers le noyau, où elle interagit avec son récepteur. À la suite de l'activation de complexes récepteurs situés sur la membrane cellulaire (mécanisme de l'adénylate cyclase) ou sur le caryolemme, la réaction d'activation d'un certain gène est déclenchée. Il se réplique, sur sa base l'ARN messager est construit. Plus tard, selon la structure de ce dernier, une protéine est synthétisée qui remplit une certaine fonction.
Le noyau des organismes multicellulaires
Dans un organisme multicellulaire, les caractéristiques structurelles du noyau sont les mêmes que dans un unicellulaire. Bien qu'il y ait quelques nuances. Premièrement, la multicellularité implique qu'un certain nombre de cellules auront leur propre fonction spécifique (ou plusieurs). Cela signifie que certains gènes seront toujoursdéspiralisé tandis que d'autres sont inactifs.
Par exemple, dans les cellules du tissu adipeux, la synthèse des protéines sera inactive, et donc la majeure partie de la chromatine est spiralisée. Et dans les cellules, par exemple, la partie exocrine du pancréas, les processus de biosynthèse des protéines sont en cours. Par conséquent, leur chromatine est déspiralisée. Dans les zones dont les gènes sont le plus souvent répliqués. Dans le même temps, une caractéristique clé est importante: l'ensemble de chromosomes de toutes les cellules d'un organisme est le même. Ce n'est qu'en raison de la différenciation des fonctions dans les tissus que certains d'entre eux sont déconnectés du travail, tandis que d'autres sont déspiralisés plus souvent que d'autres.
Cellules nucléaires du corps
Il existe des cellules dont les caractéristiques structurelles du noyau ne peuvent pas être prises en compte, car en raison de leur activité vitale, elles inhibent sa fonction ou s'en débarrassent complètement. L'exemple le plus simple est celui des globules rouges. Ce sont des cellules sanguines dont le noyau n'est présent qu'aux premiers stades du développement, lorsque l'hémoglobine est synthétisée. Dès qu'il y en a assez pour transporter l'oxygène, le noyau est retiré de la cellule afin de le faciliter sans interférer avec le transport de l'oxygène.
De manière générale, un érythrocyte est un sac cytoplasmique rempli d'hémoglobine. Une structure similaire est caractéristique des cellules graisseuses. La structure du noyau cellulaire des adipocytes est extrêmement simplifiée, elle diminue et se déplace vers la membrane, et les processus de synthèse des protéines sont inhibés au maximum. Ces cellules ressemblent également à des "sacs" remplis de graisse, bien que, bien sûr, la variétéil y a un peu plus de réactions biochimiques en eux que dans les érythrocytes. Les plaquettes n'ont pas non plus de noyau, mais elles ne doivent pas être considérées comme des cellules à part entière. Ce sont des fragments de cellules nécessaires à la mise en œuvre des processus d'hémostase.
