Nucleoplasma: Caracteristici, structură și funcții

Nucleoplasma este substanța în care ADN și alte structuri nucleare, cum ar fi nucleoli, sunt scufundate. Acesta este separat de citoplasma celulară prin intermediul membranei centrale, dar poate să facă schimb de materiale cu acesta prin porii nucleari.

Componentele sale principale sunt apă și o serie de zaharuri, ioni, aminoacizi și proteine ​​și enzime implicate în reglarea gena, printre care mai mult de 300 de proteine ​​altele decât histone. De fapt, compoziția sa este similară cu cea a citoplasmei celulare.

Nucleotidele sunt de asemenea găsite în acest fluid nuclear, care sunt "blocurile" care sunt utilizate pentru construcția ADN și ARN, cu ajutorul enzimelor și cofactorilor. În unele celule mari, cum ar fi acetabularia, nucleoplasma este clar vizibilă.

Anterior sa crezut că nucleoplasma constă într-o masă amorfă închisă în nucleu, excluzând cromatina și nucleul. Cu toate acestea, în interiorul nucleoplasmului este o rețea de proteine ​​responsabilă de organizarea cromatinei și a altor componente ale nucleului, numită matricea nucleară.

Noile tehnici au reușit să vizualizeze mai bine această componentă și să identifice noi structuri, cum ar fi foile intranucleare, filamentele proteice care apar din porii nucleari și mașinile de prelucrare a ARN-ului.

Caracteristici generale

Nucleoplasmul, denumit și "sucul nuclear" sau carioplasma, este un coloid protoplasmic cu proprietăți similare cu citoplasma, relativ densă și bogată în diferite biomolecule, în principal proteine.

În această substanță se află cromatina și una sau două corpusculi numiți nucleoli. Există, de asemenea, alte structuri imense în acest fluid, cum ar fi corpurile Cajal, corpurile PML, corpurile spirală sau gloanțele nucleare, printre altele.

În corpurile din Cajal, structurile necesare sunt concentrate pentru prelucrarea pre-ARN-ului mesager și a factorilor de transcripție.

Spectrele nucleare par a fi similare cu trupurile lui Cajal, sunt foarte dinamice și se îndreaptă către regiunile în care este activă transcrierea.

Organele LMP par să fie markeri ai celulelor canceroase, deoarece ele își măresc numărul incredibil în nucleul.

Există, de asemenea, o serie de corpuri nucleolare cu formă sferică care variază între 0, 5 și 2 μm în diametru compuse din globule sau fibre care, deși au fost raportate în celule sănătoase, frecvența lor este mult mai mare în structurile patologice.

Cele mai relevante structuri nucleare care sunt încorporate în nucleoplasm sunt descrise mai jos:

nucleoli

Nucleul este o structură sferică remarcabilă localizată în interiorul nucleului celulelor și nu este delimitată de nici un tip de biomembrană care le separă de restul nucleoplasmei.

Este constituită în regiuni numite NOR (regiuni nucleorare cromozomiale ale organizatorului ) unde sunt localizate secvențele care codifică ribozomii. Aceste gene se găsesc în anumite regiuni ale cromozomilor.

În cazul specific al oamenilor, acestea sunt organizate în regiunile de satelit ale cromozomilor 13, 14, 15, 21 și 22.

O serie de procese indispensabile au loc în nucleol, cum ar fi transcrierea, prelucrarea și asamblarea subunităților care alcătuiesc ribozomii.

Pe de altă parte, lăsând deoparte funcția tradițională, studii recente au constatat că nucleolul este legat de proteine ​​supresive ale celulelor canceroase, regulatori ai ciclului celular și proteine ​​din particule virale.

Zone teritoriale sub-nucleare

Molecula ADN nu este dispersată aleatoriu în nucleoplasma celulară, este organizată într-o manieră foarte specifică și compactă, cu un set de proteine ​​foarte conservate pe parcursul evoluției numite histone.

Procesul organizării ADN permite introducerea a aproape patru metri de material genetic într-o structură microscopică.

Această asociere de material genetic și proteine ​​se numește cromatină. Acesta este organizat în regiuni sau domenii definite în nucleoplasm, fiind capabil să distingă două tipuri: euchromatin și heterochromatin.

Eucromatina este mai puțin compactă și cuprinde genele a căror transcripție este activă, deoarece factorii de transcripție și alte proteine ​​au acces la ea în contrast cu heterocromatina, care este foarte compactă.

Regiunile heterochromatice sunt situate în periferie și eucromatin mai mult spre centrul nucleului și, de asemenea, aproape de porii nucleari.

În același mod, cromozomii sunt distribuiți în zone specifice din nucleul numit teritorii cromozomiale. Cu alte cuvinte, cromatina nu plutește aleator în nucleoplasmă.

Matricea nucleară

Organizarea diferitelor compartimente nucleare pare să fie dictată de matricea nucleară.

Este o structură internă a miezului compusă dintr-o foaie cuplată la complecșii de pori nucleari, reziduuri nucleolar și un set de structuri fibroase și granulare care sunt distribuite în întreg nucleul ocupând un volum semnificativ al acesteia.

Studiile care au încercat să caracterizeze matricea au concluzionat că este prea diversă pentru a defini structura sa biochimică și funcțională.

Foaia este un tip de strat compozit de proteine ​​care se întinde de la 10 la 20 nm și este juxtapus față de fața interioară a membranei centrale. Constituția proteinelor variază în funcție de grupul taxonomic studiat.

Proteinele care alcătuiesc foaia sunt similare cu filamentele intermediare și, pe lângă semnalarea nucleară, au zone globulare și cilindrice.

În ceea ce privește matricea nucleară internă, aceasta conține un număr mare de proteine ​​cu un situs de legare pentru ARN-ul mesager și alte tipuri de ARN. În această matrice internă apare replicarea ADN, transcripția non-nucleolară și prelucrarea pre-ARN-ului mesager după transcriere.

nucleoskeleton

În interiorul nucleului există o structură comparabilă cu citoscheletul din celule numit nucleoschelet, alcătuit din proteine ​​cum ar fi actina, aII-spectrinul, miozina și proteina gigantică numită titină. Cu toate acestea, existența acestei structuri este încă dezbătută de cercetători.

structură

Nucleoplasma este o substanță gelatinoasă în care se pot distinge diferitele structuri nucleare menționate mai sus.

Unul dintre principalele componente ale nucleoplasmei sunt ribonucleoproteinele, compuse din proteine ​​și ARN constituite de o regiune bogată în aminoacizi aromatici cu afinitate pentru ARN.

Ribonucleoproteinele găsite în nucleu sunt denumite în mod specific ribonucleoproteine ​​nucleare mici.

Compoziție biochimică

Compoziția chimică a nucleoplasmei este complexă, incluzând biomolecule complexe, cum ar fi proteine ​​nucleare și enzime, precum și compuși anorganici, cum ar fi săruri și minerale cum ar fi potasiu, sodiu, calciu, magneziu și fosfor.

Unii dintre acești ioni sunt cofactori indispensabili ai enzimelor care replică ADN-ul. De asemenea, conține ATP (adenozin trifosfat) și acetil coenzima A.

În nucleoplasm se încorporează o serie de enzime necesare sintezei acizilor nucleici, cum ar fi ADN și ARN. Printre cele mai importante sunt ADN polimeraza, ARN polimeraza, NAD sintetaza, piruvat kinaza, printre altele.

Una dintre cele mai abundente proteine ​​din nucleoplasmă este nucleoplastia, care este o proteină acidă și pentamerică care are domenii inegale pe cap și coadă. Caracteristica sa acidă reușește să protejeze încărcăturile pozitive prezente în histone și reușește să se asocieze cu nucleozomul.

Nucleozomii sunt acele structuri similare cu perlele dintr-un colier, formate prin interacțiunea ADN-ului cu histonele. Mici molecule de natură lipidică au fost, de asemenea, detectate plutitoare în această matrice semiacuită.

funcții

Nucleoplasma este matricea în care au loc o serie de reacții esențiale pentru funcționarea corectă a nucleului și a celulei în general. Este locul unde are loc sinteza subunităților ADN, ARN și ribozomal.

Funcționează ca un fel de "saltea" care protejează structurile scufundate în el, precum și un mijloc de transport al materialelor.

Servește ca intermediar de suspensie pentru structurile sub-nucleare și, în plus, ajută la menținerea unei forme stabile a miezului, conferindu-i rigiditate și duritate.

Existența mai multor căi metabolice în nucleoplasmă a fost demonstrată, ca în citoplasma celulară. În aceste căi biochimice se află glicoliza și ciclul acidului citric.

S-a raportat, de asemenea, calea fosfatului de pentoză, care dă pentoză nucleului. În același mod, nucleul este o zonă de sinteză a NAD +, care funcționează ca și coenzime de dehidrogenaze.

Prelucrarea mesageriei preARN

Prelucrarea ARN-ului pre-are loc în nucleoplasmă și necesită prezența ribonucleoproteinelor nucleolice mici, abreviate ca snRNP.

Într-adevăr, una dintre cele mai importante activități active care apare în nucleoplasmul eucariot este sinteza, prelucrarea, transportul și exportul ARN-urilor mesager mature.

Ribonucleoproteinele sunt grupate pentru a forma complexul spliceosome sau splicing, care este un centru catalitic responsabil pentru îndepărtarea intronilor de la ARN mesager. O serie de molecule ARN cu conținut ridicat de uracil este responsabilă de recunoașterea intronilor.

Spliciosomul este compus din circa cinci ARN nucleotidici micronieri snRNA dONININAT U1, U2, U4 / U6 și U5, în plus față de participarea altor proteine.

Amintiți-vă că în eucariote, genele sunt întrerupte într-o moleculă de ADN prin regiuni necodificate numite introni care trebuie eliminate.

Reacția de îmbinare integrează două etape consecutive: atacul nucleofil în zona de tăiere 5 'prin interacțiunea cu un reziduu de adenozină contiguos la zona 3' a intronului (trecerea care eliberează exonul), urmată de unirea exonilor.