Il nucleo

introduzione

Il nucleo o nucleo della cellula è l'organello più grande di una cellula e si trova nel citoplasma delle cellule eucariotiche. Il nucleo cellulare arrotondato, delimitato da una doppia membrana (involucro nucleare), contiene l'informazione genetica contenuta nella cromatina, l'acido desossiribonucleico (DNA). In quanto archivio di informazioni genetiche, il nucleo cellulare è di fondamentale importanza per l'ereditarietà.

Funzione del nucleo cellulare

Tutte le cellule umane ad eccezione degli eritrociti hanno un nucleo in cui il DNA è sotto forma di cromosomi. Il nucleo cellulare regola e controlla tutti i processi che avvengono in una cellula. Ad esempio, le istruzioni per la sintesi di proteine, la trasmissione di informazioni genetiche, la divisione cellulare e vari processi metabolici.

Oltre a memorizzare le informazioni genetiche, raddoppiando (replicazione) del DNA e la sintesi degli acidi ribonucleici (RNA) trascrivendo il DNA (trascrizione), così come la modifica di questo RNA (elaborazione) nelle funzioni più importanti del nucleo cellulare.

Oltre al DNA nel nucleo cellulare, gli esseri umani hanno anche DNA mitocondriale nei mitocondri, la cui replicazione è completamente indipendente dal nucleo. Le informazioni di molte proteine ​​necessarie per la catena respiratoria sono memorizzate qui.

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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

È possibile trovare una panoramica di tutte le immagini del Dr-Gumpert sotto: immagini mediche

Qual è la sostanza nucleare?

La sostanza nucleare è l'informazione genetica codificata nel nucleo. Questo è anche noto come DNA (acido desossiribonucleico). Una molecola di DNA o RNA è a sua volta costituita da elementi chimici di base, i nucleotidi, e consiste in uno zucchero (desossiribosio per DNA o ribosio per RNA), un residuo di fosfato acido e una base. Le basi sono chiamate adenina, citosina, guanina o timina (o uracile nel caso dell'RNA) Il DNA è unico per la sequenza fissa delle quattro basi, che differisce in ogni persona.

Il DNA non ha la forma di un filamento libero, ma è avvolto attorno a speciali proteine ​​(istoni), che sono conosciute collettivamente come cromatina. Se questa cromatina viene ulteriormente compressa, alla fine si formano i cromosomi, che sono visibili al microscopio nella metafase della mitosi. I corpuscoli a forma di bastoncello sono quindi i portatori dell'informazione genetica e sono coinvolti nella divisione del nucleo. Una normale cellula del corpo umano ha 46 cromosomi disposti a coppie (set cromosomici doppi o diploidi). 23 cromosomi provengono dalla madre e 23 cromosomi dal padre.

Ulteriori informazioni su DNA

Inoltre, il nucleo contiene il nucleolo, che è particolarmente evidente come zona compattata. È costituito da RNA ribosomiale (rRNA).

Maggiori informazioni sull'argomento I ribosomi

Qual è il carioplasma?

Il carioplasma è anche noto come plasma nucleare o nucleoplasma. Descrive le strutture che si trovano all'interno della membrana nucleare. Al contrario, c'è anche il citoplasma, che è delimitato dalla membrana cellulare esterna (plasmalemm).

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Queste due stanze sono costituite in gran parte da acqua e vari additivi. Una differenza importante tra carioplasma e citoplasma sono le diverse concentrazioni di elettroliti, come Cl- (cloruro) e Na + (sodio). Questo ambiente speciale nel carioplasma rappresenta l'ambiente ottimale per i processi di replicazione e trascrizione, nel carioplasma sono immagazzinati anche la cromatina, che contiene il materiale genetico, e il nucleolo.

Dimensione del nucleo

I nuclei delle cellule eucariotiche hanno solitamente una forma arrotondata e un diametro di 5-16 µm. Il cospicuo nucleolo può essere visto chiaramente al microscopio ottico e ha un diametro di 2-6 µm. In generale, l'aspetto e le dimensioni del nucleo cellulare dipendono fortemente dal tipo e dalla specie cellulare.

La doppia membrana del nucleo cellulare

Il nucleo cellulare è separato dal citoplasma da una doppia membrana. Questa doppia membrana è chiamata involucro nucleare e consiste di una membrana nucleare interna ed esterna, con lo spazio perinucleare in mezzo. Entrambe le membrane sono collegate l'una all'altra da pori e formano quindi un'unità fisiologica (vedere la sezione successiva).

In generale, le doppie membrane sono sempre costituite da un doppio strato lipidico in cui sono incorporate varie proteine.Queste proteine ​​possono essere modificate con vari residui di zucchero e abilitano le funzioni biologiche specifiche della membrana nucleare.

Come tutte le doppie membrane, l'involucro nucleare ha sia un amante dell'acqua (idrofilo) così come un sistema per evitare l'acqua (idrofobo) Porzione ed è quindi grasso e solubile in acqua (amphiphilic). In soluzioni acquose, i lipidi polari della doppia membrana formano aggregati e sono disposti in modo tale che la parte idrofila sia rivolta verso l'acqua, mentre le parti idrofobe del doppio strato sono attaccate l'una all'altra. Questa speciale struttura crea le condizioni per la permeabilità selettiva della doppia membrana, il che significa che le membrane cellulari sono permeabili solo a determinate sostanze.

Oltre allo scambio regolamentato di sostanze, l'involucro nucleare serve anche a delimitare (compartimentazione) del nucleo cellulare e forma una barriera fisiologica in modo che solo alcune sostanze possano entrare e uscire dal nucleo cellulare.

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A cosa servono i pori nucleari?

I pori della membrana sono canali complessi con un diametro compreso tra 60 e 100 nm che formano una barriera fisiologica tra il nucleo e il citoplasma. Sono necessari per il trasporto di determinate molecole al o dal nucleo cellulare.

Queste molecole includono, ad esempio, l'mRNA, che è di grande importanza nella replicazione e nella successiva traduzione. Il DNA viene prima copiato nel nucleo cellulare in modo da creare l'mRNA. Questa copia del materiale genetico lascia il nucleo cellulare attraverso un poro nucleare e raggiunge i ribosomi, dove avviene la traduzione.

Funzioni del nucleo cellulare

Nel nucleo cellulare avvengono due processi biologici elementari: da un lato, la replicazione del DNA e, dall'altro, la trascrizione, cioè la trascrizione del DNA in RNA.

Durante la divisione cellulare (mitosi), il DNA raddoppia (replicazione). Solo dopo che l'intera informazione genetica è stata raddoppiata, la cellula può dividersi e quindi costituire la base per la crescita e il rinnovamento cellulare.

Durante la trascrizione, uno dei due filamenti di DNA viene utilizzato come stampo e convertito in una sequenza di RNA complementare. Una varietà di fattori di trascrizione determina quali geni vengono trascritti. L'RNA risultante viene modificato in molte fasi successive. Il prodotto finale stabile che può essere esportato nel citoplasma e infine tradotto in blocchi di proteine ​​è chiamato RNA messaggero (mRNA).

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Cosa succede quando il nucleo cellulare si divide?

La divisione del nucleo cellulare è intesa come la divisione di un nucleo cellulare, che può avvenire in due modi diversi. I due tipi, mitosi e meiosi, differiscono nel loro processo e anche nella loro funzione. A seconda del tipo di divisione del nucleo che ha avuto luogo, si ottengono diverse cellule figlie.

Dopo che la mitosi è terminata, hai due cellule figlie identiche alla cellula madre e che hanno anche un set diploide di cromosomi. Questo tipo di divisione del nucleo cellulare predomina nell'organismo umano. La loro funzione è il rinnovamento di tutte le cellule, come quelle delle cellule della pelle o quelle delle cellule della mucosa. La mitosi si svolge in più fasi, ma c'è solo una vera divisione dei cromosomi.

Al contrario, la meiosi consiste in un totale di due divisioni principali. Il risultato di una meiosi completata sono quattro cellule che contengono un insieme aploide di cromosomi. Queste cellule germinali sono necessarie per la riproduzione sessuale e quindi si trovano solo negli organi genitali.

Nelle donne, sono gli ovociti che sono presenti nelle ovaie dalla nascita. Negli organismi maschili, gli spermatozoi vengono prodotti nei testicoli e sono pronti per la fecondazione.
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Quando la cellula uovo e lo sperma si fondono durante la fecondazione, due serie aploidi di cromosomi formano una cellula con una serie di diploidi.

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Cos'è un trasferimento del nucleo cellulare?

Un trasferimento del nucleo (sinonimo: trapianto di nucleo) è l'introduzione di un nucleo in una cellula uovo senza nucleo. Questo è stato prodotto artificialmente in anticipo, ad esempio utilizzando i raggi UV. La cellula uovo ora nucleata può quindi essere inserita in un individuo sessualmente maturo e portata a termine. In questo modo, la cellula precedentemente nucleata riceve informazioni genetiche e di conseguenza cambia.

Questa procedura rappresenta un tipo di fecondazione asessuata ed è stata utilizzata per la prima volta nel 1968. Esistono approcci terapeutici che mirano a produrre tessuti specifici da cellule staminali che possono essere utilizzati per i trapianti. Inoltre, il trasferimento nucleare delle cellule somatiche può essere utilizzato per la clonazione. Tuttavia, per ragioni etiche, questo è consentito solo per gli animali, anche se è controverso anche qui, poiché molti animali muoiono durante questo processo o nascono malati. L'esempio più famoso è la pecora clonata Dolly. Questa pecora clonata era geneticamente identica alla sua madre animale.

Il nucleo di una cellula nervosa

Le cellule nervose (neuroni) sono cellule a differenziazione terminale. A differenza di altre cellule, non possono più dividersi. Tuttavia, i neuroni hanno la capacità di rigenerarsi e la ripetizione specifica di compiti ("allenamento del cervello") aumenta la plasticità del cervello.

Il nucleo cellulare si trova nel corpo cellulare (soma) della cellula nervosa. L'involucro nucleare contiene mielina, una sostanza che si trova specificamente nel sistema nervoso e ha solo un contenuto proteico inferiore rispetto ad altre doppie membrane.

La ricezione e la trasmissione di informazioni sotto forma di impulsi elettrici (potenziali d'azione) è il compito più importante dei neuroni. I neurotrasmettitori sono messaggeri chimici che consentono alle cellule nervose di comunicare tra loro. In quanto centro di controllo del neurone, il nucleo cellulare regola principalmente la produzione delle varie sostanze messaggere e l'espressione dei rispettivi recettori.

Legando un neurotrasmettitore al recettore appropriato, l'effetto corrispondente viene trasferito alla cellula nervosa. È fondamentale che non vi siano effetti specifici del trasmettitore, ma solo effetti specifici del recettore. Ciò significa che l'effetto della sostanza messaggera dipende dal recettore.