Kärnmembranegenskaper, funktioner och sammansättning

2019
Philip Kelley
Kärnmembranegenskaper, funktioner och sammansättning

De kärnmembran, kärnhölje eller karyothek, är ett biologiskt membran, bildat av ett lipid dubbelskikt som omger det genetiska materialet i eukaryota celler.

Det är en ganska komplex struktur och utrustad med ett exakt regleringssystem, som består av två dubbelskikt: ett inre och ett yttre membran. Utrymmet som finns kvar mellan de två membranen kallas det perinukleära utrymmet och är cirka 20 till 40 nanometer brett..

Bild via: unamenlinea.unam.mx

Det yttre membranet bildar ett kontinuum med det endoplasmatiska retikulumet. Av denna anledning har den ribosomer förankrade i sin struktur.

Membranet kännetecknas av närvaron av kärnporer som förmedlar trafiken av ämnen från kärnans inre till cellens cytoplasma, och vice versa..

Molekylernas passage mellan dessa två fack är ganska upptagen. RNA och ribosomala underenheter måste ständigt överföras från kärnan till cytoplasman, medan histoner, DNA, RNA-polymeras och andra ämnen som är nödvändiga för kärnans aktivitet måste importeras från cytoplasman till kärnan..

Kärnmembranet innehåller ett betydande antal proteiner som är involverade i organisationen av kromatin och även i regleringen av gener..

Artikelindex

  • 1 Allmänna egenskaper
  • 2 Funktion
  • 3 Utbildning
  • 4 Sammansättning
    • 4.1 Kärnmembranproteiner
    • 4.2 Nukleoporiner
    • 4.3 Transporter genom kärnkomplexet
    • 4.4 Inre membranproteiner
    • 4.5 Yttermembranproteiner
    • 4.6 Folieproteiner
  • 5 Kärnmembran i växter
  • 6 Referenser

Generella egenskaper

Källa Coutinho HD, Falcão-Silva V S, Fernandes Gonçalves G, Batista da Nóbrega R [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons

Kärnmembranet är ett av de mest framträdande kännetecknen hos eukaryota celler. Det är ett högt organiserat dubbelbiologiskt membran som omsluter cellens kärngenetiska material - nukleoplasman..

Inuti hittar vi kromatin, ett ämne som består av DNA bundet till olika proteiner, främst histoner som möjliggör dess effektiva förpackning. Det är uppdelat i eukromatin och heterochromatin.

Bilder som erhållits genom elektronmikroskopi avslöjar att det yttre membranet bildar ett kontinuum med det endoplasmiska nätverket, varför det också har ribosomer förankrade i membranet. På samma sätt bildar det perinukleära utrymmet ett kontinuum med den endoplasmiska retikulumets lumen..

Förankrad på sidan av nukleoplasman i det inre membranet, hittar vi en arkliknande struktur bildad av proteinfilament som kallas "nukleär lamina".

Kärnans membran är perforerad av en serie porer som tillåter reglerad trafik av ämnen mellan kärn- och cytoplasmatiskt beteende. Hos däggdjur uppskattas till exempel att det finns i genomsnitt 3000 till 4000 porer.

Det finns mycket kompakta kromatinmassor som fästs på kuvertets inre membran, med undantag för de områden där det finns porer.

Fungera

Den mest intuitiva funktionen hos kärnmembranet är att upprätthålla en åtskillnad mellan nukleoplasman - innehållet i kärnan - och cellens cytoplasma..

På detta sätt hålls DNA säkert och isoleras från kemiska reaktioner som äger rum i cytoplasman och kan påverka genetiskt material negativt..

Denna barriär ger en fysisk separation till kärnprocesser, såsom transkription, och cytoplasmiska processer, såsom translation..

Den selektiva transporten av makromolekyler mellan det inre av kärnan och cytoplasman sker tack vare närvaron av kärnporer, och de tillåter reglering av genuttryck. Till exempel när det gäller splitsning av RNA före pre-messenger och nedbrytning av mogna budbärare.

Ett av nyckelelementen är kärnkraftsplattan. Detta hjälper till att stödja kärnan, såväl som att tillhandahålla ett förankringsställe för kromatinfibrerna..

Sammanfattningsvis är kärnmembranet inte en passiv eller statisk barriär. Det bidrar till organiseringen av kromatin, uttrycket av gener, förankringen av kärnan till cytoskelettet, processerna för celldelning och har möjligen andra funktioner..

Träning

Under kärndelningsprocesserna är det nödvändigt att bilda ett nytt kärnhölje, eftersom membranet så småningom försvinner.

Detta bildas av vesikulära komponenter från det grova endoplasmatiska retikulumet. Mikrotubuli och cellulära motorer i cytoskelettet deltar aktivt i denna process.

Sammansättning

Kärnhöljet består av två lipiddubbelskikt som består av typiska fosfolipider, med flera integrerade proteiner. Utrymmet mellan de två membranen kallas intramembran- eller perinukleärt utrymme, som fortsätter med lumen i det endoplasmatiska retikulumet.

På den inre ytan av det inre kärnmembranet finns ett distinkt skikt som består av mellanliggande filament, kallat nukleär lamina, fäst vid de inre membranproteinerna med hjälp av heterokromarin H.

Kärnkraftshöljet har många kärnporer som innehåller kärnkomplexkomplexen. Dessa är cylinderformade strukturer som består av 30 nukleoporiner (dessa kommer att beskrivas djupare senare). Med en central diameter på cirka 125 nanometer.

Kärnmembranproteiner

Trots kontinuitet med retikulum presenterar både de yttre och inre membranen en grupp specifika proteiner som inte finns i det endoplasmiska retikulumet. De mest framträdande är följande:

Nukleoporiner

Bland dessa specifika proteiner i kärnmembranet har vi nukleoporiner (även kända i litteraturen som Nups). Dessa bildar en struktur som kallas kärnporkomplexet, som består av en serie vattenhaltiga kanaler som möjliggör dubbelriktat utbyte av proteiner, RNA och andra molekyler..

Med andra ord fungerar nukleoporiner som ett slags molekylärt "gate" som, mycket selektivt, förmedlar passage av olika molekyler.

Kanalens hydrofoba inre utesluter vissa makromolekyler, beroende på storlek och polaritetsnivå. Små molekyler, ungefär mindre än 40 kDa, eller hydrofoba, kan diffust passivt genom porkomplexet.

Däremot kräver större polära molekyler en kärntransportör för att komma in i kärnan..

Transport genom kärnkomplexet

Transport genom dessa komplex är ganska effektiv. Cirka 100 histonmolekyler kan passera genom en enda por per minut.

Proteinet som måste levereras till kärnan måste bindas till importin alfa. Importin beta binder detta komplex till en yttre ring. Således lyckas den proteinassocierade importin alfa att korsa porekomplexet. Slutligen dissocierar importin beta från systemet i cytoplasman och importin alfa dissocierar redan inuti kärnan..

Inre membranproteiner

En annan serie proteiner är specifika för det inre membranet. Emellertid har det mesta av denna grupp på nästan 60 integrerade membranproteiner inte karaktäriserats, även om det har fastställts att de interagerar med skiktet och med kromatin..

Det finns ökande bevis som stöder olika och väsentliga funktioner för det inre kärnmembranet. Det verkar spela en roll i organisationen av kromatin, i expressionen av gener och i metabolismen av genetiskt material..

Faktum är att det har upptäckts att fel placering och funktion av proteinerna som utgör det inre membranet är kopplade till ett stort antal sjukdomar hos människor..

Yttermembranproteiner

Den tredje klassen av specifika kärnmembranproteiner finns i den yttre delen av nämnda struktur. Det är en mycket heterogen grupp av integrerade membranproteiner som delar en gemensam domän som heter KASH..

Proteinerna som finns i det yttre området bildar en slags "bro" med proteinerna i det inre kärnmembranet..

Dessa fysiska kopplingar mellan cytoskelettet och kromatinet verkar vara relevanta för händelserna med transkriptions-, replikations- och DNA-reparationsmekanismer..

Folieproteiner

Den slutliga gruppen proteiner i kärnmembranet bildas av proteinerna i laminen, ett nätverk som bildas av mellanliggande filament som består av laminer av typ A och B. Laminen har en tjocklek av 30 till 100 nanometer.

Laminen är en avgörande struktur som ger kärnan stabilitet, särskilt i vävnader som är i konstant exponering för mekaniska krafter, såsom muskelvävnader..

På samma sätt som de inre proteinerna i kärnmembranet är mutationer i laminen nära besläktade med ett stort antal mycket olika humana sjukdomar.

Dessutom hittas fler och fler bevis som kopplar kärnkärna med åldrande. Allt detta belyser vikten av kärnmembranproteiner i cellens övergripande funktion..

Kärnmembran i växter

I växtriket är kärnhöljet ett mycket viktigt membransystem, även om det har studerats väldigt lite. Även om det inte finns någon exakt kunskap om proteinerna som utgör kärnmembranet i högre växter har vissa skillnader med resten av kungariket specificerats..

Växter har inte sekvenser som är homologa med laminerna och istället för centrosomerna är det kärnmembranet som fungerar som organiseringscentrum för mikrotubuli..

Av denna anledning är studien av kärnhöljets interaktioner i växter med elementen i cytoskelettet ett relevant ämne för studier..

Referenser

  1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Introduktion till cellbiologi. Panamerican Medical Ed..
  2. Eynard, A. R., Valentich, M. A., & Rovasio, R. A. (2008). Människans histologi och embryologi: cellulära och molekylära baser. Panamerican Medical Ed..
  3. Hetzer M. W. (2010). Kärnkraftshöljet. Cold Spring Harbour perspektiv i biologitvå(3), a000539.
  4. Meier, I. (2008). Funktionell organisation av växtkärnan. Springer.
  5. Ross, M. H., & Pawlina, W. (2006). Histologi. Lippincott Williams & Wilkins.
  6. Welsch, U., & Sobotta, J. (2008). Histologi. Panamerican Medical Ed..
  7. Young, B., Woodford, P., & O'Dowd, G. (red.). (2014). Wheater. Funktionell histologi: Text och atlas i färg. Elsevier Health Sciences.

Ingen har kommenterat den här artikeln än.