NUCLEOPLASMA: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR UND FUNKTIONEN - ANATOMIE UND PHYSIOLOGIE - 2025

Das Nucleoplasma ist die Substanz, in die DNA und andere Kernstrukturen wie Nucleoli eingebettet sind. Es wird durch die Membran des Kerns vom Zellzytoplasma getrennt, kann aber über die Kernporen Materialien mit ihm austauschen.

Seine Bestandteile sind hauptsächlich Wasser und eine Reihe von Zuckern, Ionen, Aminosäuren sowie Proteinen und Enzymen, die an der Genregulation beteiligt sind, darunter mehr als 300 andere Proteine ​​als Histone. Tatsächlich ähnelt seine Zusammensetzung der des Zellzytoplasmas.

Innerhalb dieser Kernflüssigkeit befinden sich auch Nukleotide, die die "Bausteine" sind, die mit Hilfe von Enzymen und Cofaktoren für den Aufbau von DNA und RNA verwendet werden. In einigen großen Zellen wie Acetabularia ist das Nucleoplasma deutlich sichtbar.

Früher wurde angenommen, dass das Nucleoplasma aus einer amorphen Masse besteht, die im Nucleus eingeschlossen ist, ausgenommen Chromatin und Nucleolus. Im Nucleoplasma befindet sich jedoch ein Proteinnetzwerk, das für die Organisation des Chromatins und anderer Komponenten des Nucleus zuständig ist und als Kernmatrix bezeichnet wird.

Neue Techniken konnten diese Komponente besser visualisieren und neue Strukturen wie intranukleäre Schichten, Proteinfilamente, die aus Kernporen austreten, und die RNA-Verarbeitungsmaschinerie identifizieren.

Allgemeine Charakteristiken

Das Nucleoplasma, auch "Kernsaft" oder Karyoplasma genannt, ist ein protoplasmatisches Kolloid mit ähnlichen Eigenschaften wie das Cytoplasma, relativ dicht und reich an verschiedenen Biomolekülen, hauptsächlich Proteinen.

In dieser Substanz befinden sich Chromatin und ein oder zwei als Nukleolen bezeichnete Blutkörperchen. Es gibt auch andere immense Strukturen in dieser Flüssigkeit, wie z. B. Cajal-Körper, PML-Körper, Spiralkörper oder Kernflecken.

Die für die Verarbeitung von Messenger-Prä-RNA und Transkriptionsfaktoren notwendigen Strukturen sind in den Cajal-Körpern konzentriert.

Kernflecken scheinen Cajal-Körpern ähnlich zu sein, sie sind sehr dynamisch und bewegen sich in Regionen, in denen die Transkription aktiv ist.

PML-Körper scheinen Marker für Krebszellen zu sein, da sie ihre Anzahl im Zellkern unglaublich erhöhen.

Es gibt auch eine Reihe von kugelförmigen Nukleolarkörpern mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 2 um, die aus Kügelchen oder Fibrillen bestehen und deren Häufigkeit in pathologischen Strukturen viel höher ist, obwohl sie in gesunden Zellen berichtet wurden.

Die wichtigsten Kernstrukturen, die in das Nucleoplasma eingebettet sind, werden nachfolgend beschrieben:

Nucleoli

Der Nucleolus ist eine herausragende kugelförmige Struktur, die sich im Zellkern befindet und nicht durch irgendeine Art von Biomembran begrenzt ist, die sie vom Rest des Nucleoplasmas trennt.

Es besteht aus Regionen, die als NORs (chromosomale nukleolare Organisatorregionen) bezeichnet werden und in denen sich die Sequenzen befinden, die für Ribosomen kodieren. Diese Gene befinden sich in bestimmten Regionen der Chromosomen.

Im speziellen Fall des Menschen sind sie in den Satellitenregionen der Chromosomen 13, 14, 15, 21 und 22 organisiert.

Im Nucleolus treten eine Reihe wesentlicher Prozesse auf, wie z. B. die Transkription, Verarbeitung und Assemblierung der Untereinheiten, aus denen Ribosomen bestehen.

Andererseits haben neuere Studien, abgesehen von seiner traditionellen Funktion, herausgefunden, dass der Nucleolus mit Krebszell-Suppressor-Proteinen, Zellzyklus-Regulatoren und Proteinen aus Viruspartikeln verwandt ist.

Subnukleare Gebiete

Das DNA-Molekül ist nicht zufällig im Zellnukleoplasma verteilt, sondern auf hochspezifische und kompakte Weise mit einer Reihe hochkonservierter Proteine ​​während der gesamten Evolution, den sogenannten Histonen, organisiert.

Der Prozess der Organisation von DNA ermöglicht die Einführung von fast vier Metern genetischem Material in eine mikroskopische Struktur.

Diese Assoziation von genetischem Material und Protein wird als Chromatin bezeichnet. Dies ist in Regionen oder Domänen organisiert, die im Nucleoplasma definiert sind, und zwei Typen können unterschieden werden: Euchromatin und Heterochromatin.

Euchromatin ist weniger kompakt und umfasst Gene, deren Transkription aktiv ist, da Transkriptionsfaktoren und andere Proteine ​​im Gegensatz zu Heterochromatin, das sehr kompakt ist, Zugang dazu haben.

Heterochromatin-Regionen befinden sich in der Peripherie und Euchromatin mehr in der Mitte des Kerns und auch in der Nähe der Kernporen.

In ähnlicher Weise sind Chromosomen in bestimmten Bereichen innerhalb des Kerns verteilt, die als chromosomale Gebiete bezeichnet werden. Mit anderen Worten, Chromatin schwebt nicht zufällig im Nucleoplasma.

Kernmatrix

Die Organisation der verschiedenen Kernkompartimente scheint von der Kernmatrix bestimmt zu werden.

Es ist eine innere Struktur des Kerns, die aus einer Schicht besteht, die an Kernporenkomplexe, nukleolare Überreste und eine Reihe von faserigen und körnigen Strukturen gekoppelt ist, die über den Kern verteilt sind und ein signifikantes Volumen davon einnehmen.

Studien, die versucht haben, die Matrix zu charakterisieren, haben ergeben, dass sie zu vielfältig ist, um ihre biochemische und funktionelle Zusammensetzung zu definieren.

Die Schicht ist eine Art Schicht aus Proteinen im Bereich von 10 bis 20 nm, die der Innenseite der Kernmembran gegenübergestellt ist. Die Proteinkonstitution variiert je nach untersuchter taxonomischer Gruppe.

Die Proteine, aus denen die Schicht besteht, ähneln den Zwischenfilamenten und besitzen zusätzlich zur nuklearen Signalübertragung kugelförmige und zylindrische Regionen.

Die interne Kernmatrix enthält eine hohe Anzahl von Proteinen mit einer Bindungsstelle für Messenger-RNA und andere Arten von RNA. In dieser internen Matrix findet eine DNA-Replikation, eine nicht-nukleolare Transkription und eine posttranskriptionelle Messenger-Prä-RNA-Verarbeitung statt.

Nukleoskelett

Innerhalb des Kerns befindet sich eine Struktur, die mit dem Zytoskelett in Zellen vergleichbar ist, die als Nukleoskelett bezeichnet werden und aus Proteinen wie Actin, αII-Spectrin, Myosin und dem Riesenprotein Titin bestehen. Die Existenz dieser Struktur wird jedoch immer noch von Forschern diskutiert.

Struktur

Das Nucleoplasma ist eine gallertartige Substanz, in der verschiedene oben erwähnte Kernstrukturen unterschieden werden können.

Eine der Hauptkomponenten des Nucleoplasmas sind Ribonucleoproteine, die aus Proteinen und RNA bestehen, die aus einer Region bestehen, die reich an aromatischen Aminosäuren mit einer Affinität für RNA ist.

Die im Kern gefundenen Ribonukleoproteine ​​werden speziell als kleine Kern-Ribonukleoproteine ​​bezeichnet.

Biochemische Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung des Nucleoplasmas ist komplex, einschließlich komplexer Biomoleküle wie Kernproteine ​​und Enzyme sowie anorganischer Verbindungen wie Salze und Mineralien wie Kalium, Natrium, Calcium, Magnesium und Phosphor.

Einige dieser Ionen sind unverzichtbare Cofaktoren von Enzymen, die DNA replizieren. Es enthält auch ATP (Adenosintriphosphat) und Acetyl-Coenzym A.

Eine Reihe von Enzymen, die für die Synthese von Nukleinsäuren erforderlich sind, wie DNA und RNA, sind in das Nukleoplasma eingebettet. Zu den wichtigsten zählen unter anderem DNA-Polymerase, RNA-Polymerase, NAD-Synthetase und Pyruvatkinase.

Eines der am häufigsten vorkommenden Proteine ​​im Nucleoplasma ist Nucleoplastim, ein saures und pentameres Protein mit ungleichen Domänen in Kopf und Schwanz. Seine saure Eigenschaft schafft es, die in den Histonen vorhandenen positiven Ladungen abzuschirmen und sich mit dem Nukleosom zu verbinden.

Nukleosomen sind solche perlenartigen Strukturen an einer Halskette, die durch die Wechselwirkung von DNA mit Histonen gebildet werden. Es wurden auch kleine Lipidmoleküle nachgewiesen, die in dieser halbwässrigen Matrix schwimmen.

Eigenschaften

Das Nucleoplasma ist die Matrix, in der eine Reihe wesentlicher Reaktionen für das reibungslose Funktionieren des Nucleus und der Zelle im Allgemeinen stattfinden. Hier findet die Synthese von DNA, RNA und ribosomalen Untereinheiten statt.

Es fungiert als eine Art "Matratze", die die darin eingetauchten Strukturen schützt und ein Mittel zum Transport von Materialien darstellt.

Es dient als Suspensionszwischenprodukt für subnukleare Strukturen und trägt auch dazu bei, die Form des Kerns stabil zu halten, was ihm Steifheit und Zähigkeit verleiht.

Die Existenz mehrerer Stoffwechselwege im Nucleoplasma wie im Zellzytoplasma wurde nachgewiesen. Innerhalb dieser biochemischen Wege befinden sich die Glykolyse und der Zitronensäurezyklus.

Der Pentosephosphatweg, der die Pentosen zum Kern beiträgt, wurde ebenfalls beschrieben. Ebenso ist der Kern eine Synthesezone für NAD ⁺ , die als Coenzyme von Dehydrogenasen fungiert.

Messenger preRNA-Verarbeitung

Die Verarbeitung von Prä-mRNA findet im Nucleoplasma statt und erfordert die Anwesenheit der kleinen nukleolaren Ribonukleoproteine, abgekürzt als snRNP.

In der Tat ist eine der wichtigsten aktiven Aktivitäten, die im eukaryotischen Nucleoplasma auftreten, die Synthese, Verarbeitung, der Transport und der Export reifer Messenger-RNAs.

Die Ribonukleoproteine ​​gruppieren sich zu dem Spleißosom oder Spleißkomplex, der ein katalytisches Zentrum ist, das für die Entfernung von Introns aus der Messenger-RNA verantwortlich ist. Eine Reihe von RNA-Molekülen mit hohem Uracilgehalt ist für die Erkennung von Introns verantwortlich.

Das Spliciosom besteht neben der Beteiligung anderer Proteine ​​aus etwa fünf kleinen nukleolaren RNAs, die als snRNA U1, U2, U4 / U6 und U5 bezeichnet werden.

Denken wir daran, dass bei Eukaryoten Gene im DNA-Molekül durch nicht-kodierende Regionen, sogenannte Introns, unterbrochen werden, die eliminiert werden müssen.

Die Spleißreaktion integriert zwei aufeinanderfolgende Schritte: den nukleophilen Angriff in der 5'-Schnittzone durch Wechselwirkung mit einem Adenosinrest neben der 3'-Zone des Introns (Schritt, der das Exon freisetzt), gefolgt von der Vereinigung der Exons.

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