Funzioni del nucleo cellulare

introduzione

Il nucleo cellulare (nucleo) forma l'organello più grande delle cellule eucariotiche e si trova nel citoplasma, separato da una doppia membrana (involucro nucleare). In qualità di vettore dell'informazione genetica, il nucleo cellulare contiene l'informazione genetica sotto forma di cromosomi (filamento di DNA) e quindi svolge un ruolo essenziale nell'ereditarietà. La maggior parte delle cellule dei mammiferi ha un solo nucleo; questo è rotondo e ha un diametro compreso tra 5 e 16 micrometri. Con alcuni tipi di cellule, ad es. Le fibre muscolari, o cellule specializzate nell'osso, possono avere più di un nucleo.

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Funzioni del nucleo cellulare

Il nucleo cellulare è l'organello più importante di una cellula e costituisce il 10-15% del volume cellulare. Il nucleo contiene la maggior parte delle informazioni genetiche di una cellula. Nell'uomo, oltre al nucleo cellulare, i mitocondri contengono anche DNA ("DNA mitocondriale"). Tuttavia, il genoma mitocondriale codifica solo per poche proteine, che sono principalmente necessarie nella catena respiratoria per la produzione di energia.

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• Mitocondri
• Respirazione cellulare nell'uomo (catena respiratoria)

Illustrazione di un nucleo cellulare

1. Nucleo cellulare -
   Nucleo
2. Membrana nucleare esterna
   (Membrana nucleare)
   Nucleolemma
3. Membrana nucleare interna
4. Corpuscoli nucleari
   Nucleolo
5. Plasma nucleare
   nucleoplasm
6. Filo di DNA
7. Poro nucleare
8. cromosomi
9. cellula
   Celulla
   A - nucleo
   B - cell

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Archiviazione di informazioni genetiche

In quanto riserva di acido desossiribonucleico (DNA), il nucleo cellulare è il centro di controllo della cellula e regola molti importanti processi del metabolismo cellulare. Il nucleo cellulare è essenziale per il funzionamento di una cellula. Le cellule senza nucleo di solito non possono sopravvivere. Un'eccezione a questo sono i globuli rossi nucleati (Eritrociti). Oltre alle funzioni di regolazione, i compiti del nucleo cellulare includono la conservazione, la duplicazione e il trasferimento del DNA.

Il DNA si trova sotto forma di una lunga doppia elica a filamento nel nucleo cellulare, dove è compatto in cromosomi con proteine ​​centrali, gli istoni. I cromosomi sono costituiti dalla cromatina, che si condensa solo per formare cromosomi microscopicamente visibili durante la divisione cellulare. Ogni cellula umana contiene 23 cromosomi, ciascuno in duplicato, ereditati da entrambi i genitori. La metà dei geni in una cellula proviene dalla madre, l'altra metà dal padre.

Il nucleo cellulare controlla i processi metabolici all'interno della cellula utilizzando molecole messaggere a base di RNA. I codici delle informazioni genetiche per le proteine ​​responsabili della funzione e della struttura della cellula. Se necessario, alcune sezioni del DNA, chiamate geni, vengono trascritte in una sostanza messaggera (RNA messaggero o mRNA) L'mRNA che si forma lascia il nucleo cellulare e funge da modello per la sintesi delle rispettive proteine.

Pensa al DNA come a una sorta di linguaggio criptato composto da quattro lettere. Queste sono le quattro basi: adenina, timina, guanina e citosina. Queste lettere formano parole, ciascuna composta da tre basi, chiamate codoni.

Ogni codone codifica per un amminoacido specifico e costituisce quindi la base per la biosintesi proteica, poiché la sequenza di basi dei geni viene tradotta in una proteina collegando i rispettivi amminoacidi. La totalità di queste informazioni crittografate è chiamata codice genetico. La sequenza specifica delle basi rende unico il nostro DNA e determina i nostri geni.

Ma non solo le basi sono coinvolte nella struttura del DNA. Il DNA è composto da nucleotidi in fila, che a loro volta sono costituiti da uno zucchero, un fosfato e una base. I nucleotidi rappresentano la spina dorsale del DNA, che ha la forma di una doppia elica elicoidale. Inoltre, questo filamento viene ulteriormente condensato in modo che si adatti al piccolo nucleo della cellula. Quindi parliamo anche di cromosomi come forma di imballaggio per il DNA. Con ogni divisione cellulare, il DNA completo viene copiato in modo che ogni cellula figlia contenga anche le informazioni genetiche completamente identiche.

Cromosomi usati per confezionare il DNA

Un cromosoma è una certa forma di confezionamento del nostro materiale genetico (DNA) che è visibile solo durante la divisione cellulare. Il DNA è una struttura lineare troppo lunga per adattarsi al nucleo della nostra cellula nel suo stato naturale. Questo problema è risolto da varie spirali salvaspazio del DNA e dall'incorporazione di piccole proteine ​​attorno alle quali il DNA può continuare ad avvolgersi. La forma più compatta di DNA sono i cromosomi. Al microscopio, questi appaiono come piccoli corpi a forma di bastoncello con una costrizione centrale.Questa forma di DNA può essere osservata solo durante la divisione cellulare, cioè durante la mitosi. La divisione cellulare, a sua volta, può essere suddivisa in più fasi, per cui i cromosomi sono meglio rappresentati nella metafase. Le cellule del corpo normale hanno un doppio set di cromosomi, che consiste di 46 cromosomi.

Ulteriori informazioni sulla divisione del nucleo cellulare sono disponibili all'indirizzo: Mitosi

RNA come parte del nucleo cellulare

L'RNA descrive l'acido ribonucleico, che ha una struttura simile a quella del DNA. Tuttavia, questa è una struttura a filamento singolo, che differisce dal DNA nei singoli componenti. Inoltre, l'RNA è anche molto più corto del DNA e ha diversi compiti rispetto ad esso. In questo modo, l'RNA può essere suddiviso in diversi sottogruppi di RNA che svolgono compiti diversi. Tra le altre cose, l'mRNA svolge un ruolo importante durante la divisione del nucleo cellulare. Come il tRNA, viene utilizzato anche nella produzione di proteine ​​ed enzimi. Un altro sottogruppo di RNA è l'rRNA, che fa parte dei ribosomi ed è quindi coinvolto anche nella produzione di proteine.

Sintesi proteica

Il primo passo nella biosintesi delle proteine ​​è la trascrizione del DNA in mRNA (trascrizione) e si svolge nel nucleo cellulare. Un filamento di DNA funge da modello per una sequenza di RNA complementare. Tuttavia, poiché nessuna proteina può essere prodotta all'interno del nucleo cellulare, l'mRNA formato deve essere scaricato nel citoplasma e portato ai ribosomi, dove avviene l'effettiva sintesi delle proteine. All'interno dei ribosomi, l'mRNA viene convertito in una sequenza di amminoacidi che vengono utilizzati per costruire le proteine. Questo processo è noto come traduzione.

Prima che l'RNA messaggero possa essere trasportato fuori dal nucleo, viene prima elaborato in molti passaggi, ovvero alcune sequenze vengono aggiunte o tagliate e rimesse insieme. Ciò significa che diverse varianti proteiche possono derivare da una trascrizione. Questo processo consente agli esseri umani di produrre un gran numero di proteine ​​diverse con relativamente pochi geni.

replicazione

Un'altra importante funzione della cellula, che si svolge nel nucleo della cellula, è la duplicazione del DNA (replicazione). In una cellula c'è un ciclo costante di accumulo e disgregazione: vecchie proteine, inquinanti e prodotti metabolici vengono scomposti, nuove proteine ​​devono essere sintetizzate e deve essere prodotta energia. Inoltre, la cellula cresce e si divide in due cellule figlie identiche. Prima che una cellula possa dividersi, tuttavia, tutte le informazioni genetiche devono essere prima duplicate. Questo è importante perché il genoma di tutte le cellule all'interno di un organismo è assolutamente identico.

La replicazione avviene in un punto preciso nel tempo durante la divisione cellulare nel nucleo cellulare; entrambi i processi sono strettamente collegati e sono controllati da determinate proteine ​​(enzimi) regolamentato. Innanzitutto, il DNA a doppio filamento viene separato e ogni singolo filamento funge da stampo per la successiva duplicazione. Per fare ciò, vari enzimi si agganciano al DNA e completano il singolo filamento per formare una nuova doppia elica. Alla fine di questo processo, è stata creata una copia esatta del DNA, che può essere trasmessa alla cellula figlia quando si divide.

Tuttavia, se si verificano errori in una delle fasi del ciclo cellulare, possono svilupparsi varie mutazioni. Esistono vari tipi di mutazioni che possono verificarsi spontaneamente durante le diverse fasi del ciclo cellulare. Ad esempio, se un gene è difettoso, si chiama mutazione genetica. Tuttavia, se l'errore interessa determinati cromosomi o parti cromosomiche, si tratta di una mutazione cromosomica. Se il numero cromosomico è influenzato, porta a una mutazione del genoma.

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Pori nucleari e vie di segnalazione

La doppia membrana dell'involucro nucleare ha pori che servono il trasporto selettivo di proteine, acidi nucleici e sostanze segnale fuori e dentro il nucleo.

Alcuni fattori metabolici e sostanze segnale entrano nel nucleo attraverso questi pori e influenzano la trascrizione di alcune proteine. La conversione dell'informazione genetica in proteine ​​è strettamente monitorata ed è regolata da molti fattori metabolici e sostanze segnale, si parla di espressione genica. Molte vie di segnalazione che avvengono in una cellula terminano nel nucleo, dove influenzano l'espressione genica di alcune proteine.

Corpo nucleare (nucleolo)

All'interno del nucleo delle cellule eucariotiche c'è il nucleolo, il corpo nucleare. Una cellula può contenere uno o più nucleoli e le cellule che sono molto attive e si dividono frequentemente possono contenere fino a 10 nucleoli.

Il nucleo è una struttura sferica e densa che può essere chiaramente vista al microscopio ottico ed è chiaramente definita all'interno del nucleo cellulare. Forma un'area funzionalmente indipendente del nucleo, ma non è circondata dalla propria membrana. Il nucleolo è costituito da DNA, RNA e proteine ​​che giacciono insieme in un denso conglomerato. La maturazione delle subunità ribosomiali avviene nel nucleolo. Più proteine ​​sono sintetizzate in una cellula, più ribosomi sono necessari e quindi le cellule metabolicamente attive hanno diversi corpi nucleari.

Funzione del nucleo nella cellula nervosa

Il nucleo di una cellula nervosa ha una varietà di funzioni. Il nucleo di una cellula nervosa si trova nel corpo cellulare (Soma) insieme ad altri componenti cellulari (organelli), come il reticolo endoplasmatico (ER) e l'apparato di Golgi. Come in tutte le cellule del corpo, il nucleo cellulare contiene le informazioni genetiche sotto forma di DNA. A causa della presenza di DNA, altre cellule del corpo sono in grado di duplicarsi tramite mitosi. Tuttavia, le cellule nervose sono cellule molto specifiche e altamente differenziate che fanno parte del sistema nervoso. Di conseguenza, non sono più in grado di raddoppiare. Tuttavia, il nucleo cellulare assume un altro compito importante. Le cellule nervose sono, tra le altre cose, responsabili dell'eccitazione dei nostri muscoli, che alla fine porta al movimento dei muscoli. La comunicazione tra cellule nervose e tra cellule nervose e muscoli avviene tramite sostanze messaggere (Trasmettitore). Queste sostanze chimiche e altre importanti sostanze che sostengono la vita vengono prodotte con l'aiuto del nucleo cellulare. Non solo il nucleo cellulare, ma anche gli altri componenti del soma svolgono un ruolo importante. Inoltre, il nucleo cellulare controlla tutte le vie metaboliche in tutte le cellule, comprese le cellule nervose. Per fare questo, il nucleo cellulare contiene tutti i nostri geni, che, a seconda dell'uso, possono essere letti e tradotti nelle proteine ​​e negli enzimi richiesti.

Ulteriori informazioni sulle caratteristiche speciali della cellula nervosa sono disponibili presso: Cellula nervosa