le noyau cellulaire c'est un compartiment fondamental des cellules eucaryotes. C'est la structure la plus visible de ce type de cellule et possède le matériel génétique. Il dirige tous les processus cellulaires: il contient toutes les instructions encodées dans l'ADN pour effectuer les réactions nécessaires. Il est impliqué dans les processus de division cellulaire.
Toutes les cellules eucaryotes ont un noyau, à l'exception de quelques exemples spécifiques tels que les globules rouges matures (érythrocytes) chez les mammifères et les cellules du phloème chez les plantes. De même, il existe des cellules avec plus d'un noyau, telles que certaines cellules musculaires, hépatocytes et neurones..
Le noyau a été découvert en 1802 par Franz Bauer; Cependant, en 1830, le scientifique Robert Brown a également observé cette structure et est devenu populaire en tant que découvreur principal. En raison de sa grande taille, il peut être clairement observé au microscope. De plus, c'est une structure facile à teindre..
Le noyau n'est pas une entité sphérique homogène et statique avec de l'ADN dispersé. C'est une structure complexe et complexe avec différents composants et pièces à l'intérieur. De plus, il est dynamique et change constamment tout au long du cycle cellulaire..
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Le noyau est la structure principale qui permet la différenciation entre les cellules eucaryotes et procaryotes. C'est le plus grand compartiment cellulaire. Généralement, le noyau est proche du centre de la cellule, mais il existe des exceptions, telles que les plasmocytes et les cellules épithéliales..
Il s'agit d'un organite sphérique d'environ 5 µm de diamètre en moyenne, mais pouvant atteindre 12 µm, selon le type de cellule. Je peux occuper environ 10% du volume total de la cellule.
Il possède une enveloppe nucléaire formée de deux membranes qui le sépare du cytoplasme. Le matériel génétique est organisé avec les protéines en son sein.
Malgré le fait qu'il n'y a pas d'autres sous-compartiments membraneux dans le noyau, une série de composants ou de régions au sein de la structure qui ont des fonctions spécifiques peuvent être distinguées..
Le noyau se voit attribuer un nombre extraordinaire de fonctions, car il contient la collection de toutes les informations génétiques de la cellule (à l'exclusion de l'ADN mitochondrial et de l'ADN chloroplastique) et dirige les processus de division cellulaire. En résumé, les principales fonctions du noyau sont les suivantes:
L'existence d'une barrière lipidique entre le matériel génétique et le reste des composants cytoplasmiques permet de réduire l'interférence d'autres composants dans le fonctionnement de l'ADN. Cela représente une innovation évolutive d'une grande importance pour les groupes d'eucaryotes..
Le processus d'épissage de l'ARN messager se produit dans le noyau, avant que la molécule ne se déplace vers le cytoplasme.
L'objectif de ce processus est l'élimination des introns («morceaux» de matériel génétique qui ne codent pas et qui interrompent les exons, zones qui codent) de l'ARN. Par la suite, l'ARN quitte le noyau, où il est traduit en protéines..
Il y a d'autres fonctions plus spécifiques de chaque structure de base qui seront discutées plus tard..
Le noyau se compose de trois parties définies: l'enveloppe nucléaire, la chromatine et le nucléole. Nous décrirons chaque structure en détail ci-dessous:
L'enveloppe nucléaire est composée de membranes de nature lipidique et sépare le noyau du reste des composants cellulaires. Cette membrane est double et entre celles-ci il y a un petit espace appelé l'espace périnucléaire.
Le système membranaire interne et externe forme une structure continue avec le réticulum endoplasmique
Ce système membranaire est interrompu par une série de pores. Ces canaux nucléaires permettent l'échange de matière avec le cytoplasme car le noyau n'est pas complètement isolé du reste des composants..
À travers ces pores, l'échange de substances se produit de deux manières: passive, sans dépense d'énergie; ou actif, avec dépense énergétique. Passivement, de petites molécules telles que l'eau ou des sels, plus petites que 9 nm ou 30-40 kDa, peuvent entrer et sortir.
Cela se produit contrairement aux molécules de poids moléculaire élevé, qui nécessitent de l'ATP (énergie-adénosine triphosphate) pour se déplacer dans ces compartiments. Les grosses molécules comprennent des morceaux d'ARN (acide ribonucléique) ou d'autres biomolécules de nature protéique.
Les pores ne sont pas simplement des trous traversés par les molécules. Ce sont de grandes structures protéiques, qui peuvent contenir 100 ou 200 protéines et sont appelées "complexe de pores nucléaires". Structurellement, cela ressemble beaucoup à un panier de basket. Ces protéines sont appelées nucléoporines..
Ce complexe a été trouvé dans un grand nombre d'organismes: des levures aux humains. Outre la fonction de transport cellulaire, il est également impliqué dans la régulation de l'expression des gènes. Ils sont une structure indispensable pour les eucaryotes.
En termes de taille et de nombre, le complexe peut atteindre une taille de 125 MDa chez les vertébrés, et un noyau de ce groupe d'animaux peut avoir environ 2000 pores. Ces caractéristiques varient selon le taxon étudié..
La chromatine se trouve dans le noyau, mais nous ne pouvons pas la considérer comme un compartiment de celui-ci. Il reçoit ce nom pour l'excellente capacité d'être coloré et observé au microscope.
L'ADN est une molécule linéaire extrêmement longue chez les eucaryotes. Son compactage est un processus clé. Le matériel génétique est associé à une série de protéines appelées histones, qui ont une forte affinité pour l'ADN. Il existe également d'autres types de protéines qui peuvent interagir avec l'ADN et ne sont pas des histones.
Dans les histones, l'ADN s'enroule et forme des chromosomes. Ce sont des structures dynamiques et ne sont pas constamment dans leur forme typique (les X et Y que nous avons l'habitude de voir dans les illustrations de livres). Cet arrangement n'apparaît que pendant les processus de division cellulaire.
Dans le reste des étapes (lorsque la cellule n'est pas en train de se diviser), les chromosomes individuels ne peuvent pas être distingués. Ce fait ne suggère pas que les chromosomes sont dispersés de manière homogène ou désordonnée dans tout le noyau..
A l'interface, les chromosomes sont organisés en domaines spécifiques. Dans les cellules de mammifères, chaque chromosome occupe un «territoire» spécifique.
Deux types de chromatine peuvent être distingués: l'hétérochromatine et l'euchromatine. Le premier est très condensé et est situé à la périphérie du noyau, de sorte que la machinerie de transcription n'a pas accès à ces gènes. L'euchromatine est plus vaguement organisée.
L'hétérochromatine est divisée en deux types: l'hétérochromatine constitutive, qui n'est jamais exprimée; et hétérochromatine facultative, qui n'est pas transcrite dans certaines cellules et est transcrite dans d'autres.
L'exemple le plus célèbre de l'hétérochromatine en tant que régulateur de l'expression génique est la condensation et l'inactivation du chromosome X. Chez les mammifères, les femelles ont XX chromosomes sexuels, tandis que les mâles sont XY..
Pour des raisons de dosage des gènes, les femmes ne peuvent pas avoir deux fois plus de gènes chez X que les hommes. Pour éviter ce conflit, un chromosome X est inactivé au hasard (devenant hétérochromatine) dans chaque cellule..
Le nucléole est une structure interne très pertinente du noyau. Ce n'est pas un compartiment délimité par des structures membraneuses, c'est une zone plus sombre du noyau avec des fonctions spécifiques.
Dans ce domaine, les gènes codant pour l'ARN ribosomal sont regroupés, transcrits par l'ARN polymérase I. Dans l'ADN humain, ces gènes se trouvent dans les satellites des chromosomes suivants: 13, 14, 15, 21 et 22. Ce sont des organisateurs nucléolaires.
À son tour, le nucléole est séparé en trois régions distinctes: les centres fibrillaires, les composants fibrillaires et les composants granulaires..
Des études récentes ont accumulé de plus en plus de preuves de fonctions supplémentaires possibles du nucléole, non seulement limitées à la synthèse et à l'assemblage de l'ARN ribosomal..
On pense actuellement que le nucléole peut être impliqué dans l'assemblage et la synthèse de différentes protéines. Des modifications post-transcriptionnelles ont également été mises en évidence dans cette zone nucléaire.
Le nucléole est également impliqué dans les fonctions de régulation. Une étude a montré comment il était lié aux protéines suppressives de tumeur.
Les corps de Cajal (également appelés corps enroulés) portent ce nom en l'honneur de leur découvreur, Santiago Ramón y Cajal. Ce chercheur a observé ces corpuscules dans les neurones en 1903.
Ce sont de petites structures en forme de sphères et existent de 1 à 5 copies par noyau. Ces organes sont très complexes avec un nombre assez élevé de composants, y compris ces facteurs de transcription et les mécanismes associés. épissage.
Ces structures sphériques ont été retrouvées dans différentes parties du noyau, car ce sont des structures mobiles. Ils se trouvent généralement dans le nucléoplasme, bien que dans les cellules cancéreuses, ils aient été trouvés dans le nucléole.
Il existe deux types de corps Box dans le noyau, classés en fonction de leur taille: grands et petits.
Corps PML (pour son acronyme en anglais, leucémie promyélocytaire) sont de petites zones subnucléaires sphériques d'importance clinique, car elles sont liées à des infections virales et à l'oncogenèse.
Ils sont connus sous une variété de noms dans la littérature, tels que le domaine nucléaire 10, les corps de Kremer et les domaines oncogènes PML..
Un noyau a 10 à 30 de ces domaines et ils ont un diamètre de 0,2 à 1,0 µm. Parmi ses fonctions, la régulation des gènes et la synthèse de l'ARN se démarquent..
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