คุณสมบัติของโครงสร้างของนิวเคลียส โครงสร้างและหน้าที่ของนิวเคลียสของเซลล์

นิวเคลียสของเซลล์เป็นออร์แกเนลล์ที่สำคัญที่สุด คือ ตำแหน่งการจัดเก็บและทำซ้ำข้อมูลทางพันธุกรรม นี่คือโครงสร้างเมมเบรนที่กินพื้นที่ 10-40% ของเซลล์ ซึ่งมีหน้าที่สำคัญมากสำหรับชีวิตของยูคาริโอต อย่างไรก็ตาม แม้จะไม่มีเคอร์เนลอยู่ก็ตาม การนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้ก็เป็นไปได้ ตัวอย่างของกระบวนการนี้คือกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์แบคทีเรีย อย่างไรก็ตาม ลักษณะโครงสร้างของนิวเคลียสและจุดประสงค์มีความสำคัญมากสำหรับสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ตำแหน่งของนิวเคลียสในเซลล์และโครงสร้าง

นิวเคลียสตั้งอยู่ในความหนาของไซโตพลาสซึมและสัมผัสโดยตรงกับเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมที่หยาบและเรียบ มันถูกล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มสองอันซึ่งอยู่ระหว่างช่องว่างรอบนิวเคลียส ภายในนิวเคลียสมีเมทริกซ์ โครมาติน และนิวเคลียสจำนวนหนึ่ง

เซลล์มนุษย์ที่โตเต็มที่บางเซลล์ขาดนิวเคลียสในขณะที่ส่วนอื่น ๆ ทำงานภายใต้สภาวะของการกดขี่อย่างแรงของกิจกรรม โดยทั่วไป โครงสร้างของนิวเคลียส (แผนภาพ) จะแสดงเป็นช่องนิวเคลียส ล้อมรอบด้วยคาริโอเลมมาจากเซลล์ ซึ่งประกอบด้วยโครมาตินและนิวคลีโอลี จับจ้องอยู่ที่นิวคลีโอพลาสซึมโดยเมทริกซ์นิวเคลียร์

โครงสร้างของคารีเลมมา

เพื่อความสะดวกในการศึกษาเซลล์นิวเคลียสหลังควรใช้เป็นฟองอากาศที่ห่อหุ้มด้วยเยื่อจากฟองอื่น นิวเคลียสเป็นถุงที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมอยู่ในความหนาของเซลล์ มันถูกป้องกันจากไซโตพลาสซึมของมันโดยเยื่อหุ้มไขมันสองชั้น โครงสร้างของเยื่อหุ้มนิวเคลียสคล้ายกับเยื่อหุ้มเซลล์ ในความเป็นจริง พวกมันแยกจากชื่อและจำนวนชั้นเท่านั้น หากปราศจากทั้งหมดนี้ โครงสร้างและหน้าที่เหมือนกันหมด

โครงสร้างของ karyolemma (เยื่อหุ้มนิวเคลียส) เป็นสองชั้น:ประกอบด้วยชั้นไขมันสองชั้น ชั้นไบลิปิดด้านนอกของคาริโอเลมมาสัมผัสโดยตรงกับเรติคูลัมหยาบของเอนโดพลาสซึมของเซลล์ karyolemma ภายใน - มีเนื้อหาของนิวเคลียส มีช่องว่างรอบนิวเคลียสระหว่างคาริโอมเบรนด้านนอกและด้านใน เห็นได้ชัดว่ามันเกิดขึ้นจากปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิต - การขับไล่พื้นที่ของกลีเซอรอลตกค้าง

หน้าที่ของเยื่อหุ้มนิวเคลียสคือการสร้างอุปสรรคทางกลที่แยกนิวเคลียสและไซโตพลาสซึม เยื่อหุ้มชั้นในของนิวเคลียสทำหน้าที่เป็นสถานที่สำหรับตรึงเมทริกซ์นิวเคลียร์ - สายโซ่ของโมเลกุลโปรตีนที่รองรับโครงสร้างจำนวนมาก มีรูพรุนพิเศษในเยื่อหุ้มนิวเคลียสสองแผ่น: อาร์เอ็นเอของสารส่งผ่านเข้าไปในไซโตพลาสซึมไปยังไรโบโซม ในความหนาของนิวเคลียสนั้นมีนิวเคลียสและโครมาตินหลายตัว

โครงสร้างภายในของนิวคลีโอพลาสซึม

คุณสมบัติของโครงสร้างของนิวเคลียสช่วยให้เปรียบเทียบได้กับกรงนั้นเอง ภายในนิวเคลียสยังมีสภาพแวดล้อมพิเศษ (นิวคลีโอพลาสซึม) ซึ่งแสดงโดยเจลโซลซึ่งเป็นสารละลายคอลลอยด์ของโปรตีน ข้างในนั้นมีโครงร่างนิวคลีโอ (matrix) แทนด้วยโปรตีนไฟบริลล่า ความแตกต่างที่สำคัญคือมีเพียงโปรตีนที่เป็นกรดส่วนใหญ่มีอยู่ในแกนกลางเท่านั้น เห็นได้ชัดว่าปฏิกิริยาของสิ่งแวดล้อมดังกล่าวจำเป็นต่อการรักษาคุณสมบัติทางเคมีของกรดนิวคลีอิกและการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมี

นิวเคลียส

โครงสร้างนิวเคลียสของเซลล์ไม่สามารถเป็นสมบูรณ์โดยไม่มีนิวเคลียส เป็นไรโบโซมอาร์เอ็นเอแบบเกลียวซึ่งอยู่ในขั้นตอนของการเจริญเติบโต ต่อมา ไรโบโซมจะกลายเป็นออร์แกเนลล์ที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ในโครงสร้างของนิวเคลียสนั้น มีองค์ประกอบสองอย่างที่โดดเด่น: ไฟบริลลาร์และทรงกลม ต่างกันเฉพาะในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและไม่มีเยื่อหุ้มของตัวเอง

ส่วนประกอบของไฟบริลลาร์นั้นอยู่ตรงกลางของนิวเคลียสเป็นสาย RNA ชนิดไรโบโซมซึ่งจะประกอบหน่วยย่อยของไรโบโซม หากเราพิจารณาแกนกลาง (โครงสร้างและหน้าที่) จะเห็นได้ชัดเจนว่าส่วนประกอบที่ละเอียดจะก่อตัวขึ้นในภายหลัง เหล่านี้เป็นหน่วยย่อยของไรโบโซมที่สุกเต็มที่ซึ่งอยู่ในขั้นต่อไปของการพัฒนา ในไม่ช้าไรโบโซมก็ก่อตัวขึ้นจากพวกมัน พวกมันจะถูกลบออกจากนิวคลีโอพลาสซึมผ่านรูพรุนของนิวเคลียสของคาริโอเลมมาและเข้าสู่เยื่อหุ้มของเอนโดพลาสซึมเรติเคิลแบบหยาบ

โครมาตินและโครโมโซม

โครงสร้างและหน้าที่ของนิวเคลียสของเซลล์มีการเชื่อมโยงทางอินทรีย์:มีเฉพาะโครงสร้างที่จำเป็นในการจัดเก็บและทำซ้ำข้อมูลทางพันธุกรรม นอกจากนี้ยังมีโครงกระดูก (เมทริกซ์ของนิวเคลียส) ซึ่งมีหน้าที่ในการรักษารูปร่างของออร์แกเนลล์ อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของนิวเคลียสคือโครมาติน เหล่านี้เป็นโครโมโซมที่ทำหน้าที่เป็นตู้เก็บเอกสารสำหรับยีนกลุ่มต่างๆ

โครมาตินเป็นโปรตีนที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยโพลีเปปไทด์ควอเทอร์นารีที่ติดอยู่กับกรดนิวคลีอิก (RNA หรือ DNA) ในพลาสมิดของแบคทีเรียยังมีโครมาตินอยู่ เกือบหนึ่งในสี่ของน้ำหนักรวมของโครมาตินคือฮิสโตน ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีหน้าที่ในการ "บรรจุ" ข้อมูลทางพันธุกรรม คุณลักษณะของโครงสร้างนี้ศึกษาโดยชีวเคมีและชีววิทยา โครงสร้างของนิวเคลียสนั้นซับซ้อนอย่างแม่นยำเนื่องจากโครมาตินและการมีอยู่ของกระบวนการที่สลับการทำให้เป็นเกลียวและคลายเกลียวของโครมาติน

การปรากฏตัวของฮิสโตนทำให้สามารถผนึกและทำให้สาย DNA สมบูรณ์ในที่เล็ก ๆ - ในนิวเคลียสของเซลล์ มันทำงานดังนี้: ฮิสโตนก่อตัวเป็นนิวคลีโอโซมซึ่งมีโครงสร้างคล้ายลูกปัด H2B, H3, H2A และ H4 เป็นโปรตีนฮิสโตนหลัก นิวคลีโอโซมประกอบด้วยสี่คู่ของแต่ละฮิสโตนที่นำเสนอ ในกรณีนี้ ฮิสโตน H1 เป็นตัวเชื่อมโยง: มันถูกผูกมัดกับ DNA ที่ตำแหน่งที่เข้าสู่นิวคลีโอโซม การบรรจุ DNA เกิดขึ้นจากการ "ไขลาน" โมเลกุลเชิงเส้นบนโปรตีน 8 ตัวของโครงสร้างฮิสโตน

โครงสร้างของนิวเคลียสซึ่งแผนภาพแสดงไว้ด้านบนถือว่ามีโครงสร้างคล้ายโซลินอยด์ของ DNA พร้อมด้วยฮิสโตน ความหนาของกลุ่มบริษัทนี้อยู่ที่ประมาณ 30 นาโนเมตร ในกรณีนี้ โครงสร้างสามารถถูกบีบอัดเพิ่มเติมเพื่อใช้พื้นที่น้อยลงและสัมผัสกับความเสียหายทางกลที่เกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในช่วงชีวิตของเซลล์

เศษส่วนโครมาติน

โครงสร้าง โครงสร้าง และหน้าที่ของนิวเคลียสของเซลล์ถูกตรึงอยู่กับการรักษากระบวนการไดนามิกของการทำให้เป็นเกลียวของโครมาตินและการแยกตัวออกจากกัน ดังนั้นจึงมีเศษส่วนหลักสองส่วน: ขดลวดสูง (เฮเทอโรโครมาติน) และขดลวดต่ำ (ยูโครมาติน) แยกออกจากกันทั้งโครงสร้างและหน้าที่ ในเฮเทอโรโครมาติน DNA ได้รับการปกป้องอย่างดีจากการโจมตีใดๆ และไม่สามารถคัดลอกได้ ยูโครมาตินได้รับการปกป้องน้อยกว่า แต่ยีนสามารถทำซ้ำได้สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ส่วนใหญ่แล้วบริเวณของเฮเทอโรโครมาตินและยูโครมาตินจะสลับกันตามความยาวของโครโมโซมทั้งหมด

โครโมโซม

นิวเคลียสของเซลล์ โครงสร้างและหน้าที่ของมันที่อธิบายไว้ในเอกสารฉบับนี้ประกอบด้วยโครโมโซม เป็นโครมาตินที่อัดแน่นและซับซ้อนซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อเซลล์ตั้งอยู่บนสไลด์ในระยะการแบ่งไมโทติคหรือไมโอติก ขั้นตอนหนึ่งคือการทำให้เป็นเกลียวของโครมาตินด้วยการก่อตัวของโครโมโซม โครงสร้างของมันง่ายมาก: โครโมโซมมีเทโลเมียร์และสองแขน สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์แต่ละชนิดในสปีชีส์เดียวกันมีโครงสร้างของนิวเคลียสเหมือนกัน ตารางชุดโครโมโซมของเขาก็คล้ายกัน

การใช้ฟังก์ชันเคอร์เนล

ลักษณะสำคัญของโครงสร้างของนิวเคลียสสัมพันธ์กับประสิทธิภาพของฟังก์ชันบางอย่างและความจำเป็นในการควบคุม นิวเคลียสมีบทบาทเป็นที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรม กล่าวคือ เป็นดัชนีของการ์ดชนิดหนึ่งที่มีลำดับกรดอะมิโนที่บันทึกไว้ของโปรตีนทั้งหมดที่สามารถสังเคราะห์ได้ในเซลล์ ซึ่งหมายความว่าเพื่อทำหน้าที่ใด ๆ เซลล์จะต้องสังเคราะห์โปรตีนซึ่งเป็นโครงสร้างที่เข้ารหัสในยีน

เพื่อให้นิวเคลียส "เข้าใจ" ว่าโปรตีนชนิดใดคุณต้องสังเคราะห์ในเวลาที่เหมาะสม มีระบบภายนอก (เมมเบรน) และตัวรับภายใน ข้อมูลจากพวกมันไปยังนิวเคลียสผ่านเครื่องส่งสัญญาณระดับโมเลกุล สิ่งนี้เกิดขึ้นได้บ่อยที่สุดผ่านกลไกอะดีนิเลตไซคเลส ดังนั้นฮอร์โมน (adrenaline, norepinephrine) และยาบางชนิดที่มีโครงสร้างชอบน้ำจึงส่งผลต่อเซลล์

กลไกการถ่ายโอนข้อมูลที่สองคือภายใน เป็นลักษณะของโมเลกุล lipophilic - corticosteroids สารนี้แทรกซึมเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ bilipid และไปที่นิวเคลียสซึ่งจะมีปฏิสัมพันธ์กับตัวรับ อันเป็นผลมาจากการกระตุ้นของสารเชิงซ้อนของตัวรับที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ (กลไกอะดีนีเลตไซคเลส) หรือบน karyolemma ปฏิกิริยาของการกระตุ้นของยีนบางตัวจะถูกกระตุ้น มันถูกจำลองแบบ RNA ที่ให้ข้อมูลถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน ต่อมาตามโครงสร้างของโปรตีนสังเคราะห์ที่ทำหน้าที่บางอย่าง

นิวเคลียสของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ ลักษณะโครงสร้างนิวเคลียสจะเหมือนกับในเซลล์เดียว แม้ว่าจะมีความแตกต่างบางอย่าง ประการแรก ความเป็นหลายเซลล์บอกเป็นนัยว่าจำนวนเซลล์จะมีฟังก์ชันเฉพาะของตนเอง (หรือหลายเซลล์) ซึ่งหมายความว่ายีนบางตัวจะถูกขับออกจากร่างกายอย่างถาวร ในขณะที่ยีนอื่นๆ จะไม่ทำงาน

ตัวอย่างเช่น การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์เนื้อเยื่อไขมันจะไม่ทำงาน ดังนั้นโครมาตินส่วนใหญ่จะเป็นเกลียว และในเซลล์ เช่น ตับอ่อนส่วน exocrine กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนยังคงดำเนินต่อไป ดังนั้นโครมาตินของพวกมันจึงถูกขับออกจากร่างกาย ในพื้นที่เหล่านั้น ยีนซึ่งส่วนใหญ่มักจะทำซ้ำ ในกรณีนี้ คุณลักษณะสำคัญคือชุดโครโมโซมของทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเดียวกัน เพียงเพราะความแตกต่างของหน้าที่การทำงานในเนื้อเยื่อ บางส่วนจึงถูกปิดจากการทำงาน ในขณะที่ส่วนอื่นๆ ถูกขับออกจากร่างกายบ่อยกว่าส่วนอื่นๆ

เซลล์ที่ไม่ใช่นิวเคลียสของร่างกาย

มีเซลล์ คุณสมบัติของโครงสร้างของนิวเคลียสซึ่งไม่อาจพิจารณาได้ เพราะผลของกิจกรรมสำคัญของพวกเขา พวกมันอาจระงับการทำงานของมัน หรือกำจัดมันออกไปโดยสิ้นเชิง ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดคือเซลล์เม็ดเลือดแดง เหล่านี้คือเซลล์เม็ดเลือดซึ่งนิวเคลียสซึ่งมีอยู่เฉพาะในระยะแรกของการพัฒนาเมื่อมีการสังเคราะห์ฮีโมโกลบิน ทันทีที่ปริมาณออกซิเจนเพียงพอ นิวเคลียสจะถูกลบออกจากเซลล์เพื่อไม่ให้รบกวนการขนส่งออกซิเจน

โดยทั่วไป เม็ดเลือดแดงคือถุงไซโตพลาสซึมที่เต็มไปด้วยเฮโมโกลบิน โครงสร้างที่คล้ายกันคือลักษณะเฉพาะของเซลล์ไขมัน โครงสร้างนิวเคลียสของเซลล์ของ adipocytes นั้นง่ายมาก มันลดลงและเลื่อนไปที่เยื่อหุ้มเซลล์ และกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนจะถูกยับยั้งให้ได้มากที่สุด เซลล์เหล่านี้ยังคล้ายกับ "ถุง" ที่เต็มไปด้วยไขมัน แม้ว่าแน่นอนว่าปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่หลากหลายในพวกมันนั้นมากกว่าในเม็ดเลือดแดงเล็กน้อย เกล็ดเลือดยังไม่มีนิวเคลียส แต่ไม่ควรพิจารณาว่าเป็นเซลล์ที่เต็มเปี่ยม เหล่านี้เป็นชิ้นส่วนของเซลล์ที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการกระบวนการห้ามเลือด