NUCLEUL CELULAR

Nucleul celulei este un organit celular, specific celulelor eucariote, ce conţine materialul genetic şi care coordonează toate procesele intracelulare

Nucleul reprezintă centrul coordonator, de comandă şi control al celulei eucariote. Celulele lipsite de nucleu, cum sunt, spre exemplu, hematiile sau trombocitele, constituie excepţii la nivelul organismului uman, fiind incapabile de a sintetiza proteine.            Structura nucleului variază foarte mult, în funcţie de perioadele ciclului celular. În interfază, nucleul prezintă un înveliş nuclear la exterior, iar la interior, conţine nucleolul, cromatina nucleară şi carioplasma, în această stare specifică, având denumirea de nucleu metabolic. În timpul diviziunii celulare, nucleul denumit genetic posedă o structură lipsită de înveliş nuclear şi nucleol, iar cromatina nucleară se condensează, în acest mod cromozomii devenind vizibili.            De regulă, nucleul ocupă în celulă o poziţie relativ centrală, în special, în cazul celulelor tinere. În celulele diferenţiate, aceasta poate fi excentrică, atunci când în citoplasma se depozitează substanţe de rezervă, în special în celulele adipoase, sau deplasat spre polul apical al celulelor cu rol predominant secretor.            Majoritatea celulelor posedă un singur nucleu, însă există şi celule binucleare, cum sunt hepatocitele şi condrocitele, sau cu mai multe nuclee, până la 100 in osteoblaste. În cazul maselor de citoplasmă nedivizate în teritorii celulare, numite sinciţii, există sute de nuclee.            Forma nucleului corespunde, în general, formei celulei respective: sferic în cazul celulelor rotunde, ovoid în celulele cilindrice sau prismatice, sub formă de bastonaşe sau fusiform în celulele alungite sau aplatizat în celulele endoteliale sau în cele adipoase şi secretoare, precum şi forme neregulate în neutrofite.            Dimensiunile nucleului variază în funcţie de celulă, fiind cuprinse, în general, între 5 si 12

m, cu minimum de 4 m, la spermatocite, şi maximum 20 – 25 m, la ovocite. Între volumul μ μ μnucleului şi cel al citoplasmei există un raport, numit raport nucleo-plasmatic, care variază în limite foarte largi, respectiv între 1/3 si 1/20. Cu cât celula este mai tânără şi are o activitate metabolică mai intensă, cu atât nucleul este mai voluminos, iar citoplasma este mai redusă. Celulele degenerate sau îmbătrânite au raportul modificat în favoarea citoplasmei, astfel încât pe baza raportului nucleo-plasmatic se poate stabili vârsta anumitor celule. Acesta reprezintă un criteriu foarte important in stabilirea diagnosticului de malignitate a unor celule. În general, celulele tumorale au raport nucleo-plasmatic foarte mare, iar nucleele celulelor maligne au şi o morfologie extrem de variată comparativ cu cea considerată normală.

Din punct de vedere fizico-chimic, nucleul este mai dens, are o vâscozitate mai redusă, precum şi un indice pH mai ridicat, în comparaţie cu citoplasma.

Nucleul prezintă patru componente principale:1 – membrana nucleară sau învelişul nuclear2 – cromatina nucleară3 – nucleolul4 – carioplasma sau matricea nucleară  Membrana nucleară este o ultrastructură caracteristică, în exclusivitate, celulelor eucariote, fiind formată din două membrane concentrice, aflate în continuitate una cu cealaltă, precum şi reticulul endoplasmatic.            Membrana externă a învelişului nuclear se continuă cu reticulul endoplasmatic rugos, care conţine ribozomi ataşaţi, fapt pentru care este considerată o expansiune a acestui organit celular, care are o importanţă foarte mare în procesul de biosinteză a proteinelor.            Membrana internă a învelişului nuclear este lipsită de ribozomi, fiind aderentă de nucleoplasmă, reprezentând membrana proprie a nucleului.            Acest sistem de organizare structurală, sub forma unei membrane duble, conferă nucleului un avantaj funcţional, deoarece cele doua membrane sunt specializate în interacţiunea cu citoplasma şi, respectiv, nucleoplasma.            În zonele unde membrana externă se continuă cu cea internă, se formează porii nucleari. Între cele două membrane, în regiunile cuprinse între pori, există un spaţiu perinuclear sau

1

intermembranar, cu grosime de 20 – 40 nm, care comunică direct cu lumenul reticular endoplasmatic.             Numărul porilor variază în funcţie de tipul celular, precum şi în funcţie de specie. În general porii reprezintă aproximativ 10% din suprafaţa învelişului nuclear, restul fiind reprezentat de membrana dublă.            Pe faţa internă a învelişului nuclear, în zona lipsită de pori, se află o reţea fibroasă, formată din proteine, care se prezintă sub forma unui strat dens, vizibil la microscopul electronic, având o grosime variabilă, în funcţie de celulă. Acest strat este denumit “lamina fibroasă” şi are funcţii importante, cum sunt: determinarea formei nucleului, medierea interacţiunii dintre învelişul nuclear şi cromatină, dispariţia şi regenerarea învelişului nuclear în cursul mitozei. La speciile de vertebrate, lamina nucleară se formează prin asamblarea spontană a trei proteine, care interacţionează cu alte tipuri de proteine specifice, existente în stratul dublu lipidic al membranei nucleare interne.

In cursul mitozei, reţeaua laminară se dezasamblează, iar proteinele laminare difuzează în citoplasmă. Acest proces de dezasamblare se produce datorită fosforilării tranzitorii a proteinelor laminare, fapt ce determina dezagregarea învelişului nuclear.

Permeabilitatea membranei nucleare este determinată de funcţionarea porilor nucleari, având un rol extrem de important în schimburile de substanţe dintre nucleu şi citoplasmă. În general ionii şi substanţele cu masă moleculară mică (sub 50.000 Da) pot să traverseze prin membrana nucleară. Există însă celule a căror membrane prezintă o barieră pentru ioni (K, Na, Cl), fapt demonstrat de prezenţa unui potenţial de membrană la nivelul învelişului nuclear precum şi al plasmamelei.             Porii nucleari reprezintă calea prin care se realizează transportul macromoleculelor din nucleu în citoplasmă şi invers, permiţând trecerea unor complexe multimoleculare, extrem de importante pentru realizarea funcţiilor celulare. Astfel, din citoplasma pătrund în nucleu enzimele de sinteză a macromoleculei de ADN, precum şi proteinele care participă la formarea cromatinei, în timp ce din nucleu sunt eliberaţi în citoplasmă precursorii ribozomali, precum şi particulele ribonucleoproteice, constituite din complexe de mARN cu proteine specifice.            Trecerea unor asemenea ansambluri macromoleculare, având dimensiuni mult mai mari decât diametrul porilor nucleari, este posibilă datorita modificării conformaţiei precursorilor ribozomali. Spre exemplu, ADN si ARN-polimerazele, cu mase moleculare intre 100.000 – 200.000 Da, trec prin pori fie prin adoptarea unei conformaţii alungite fie interacţionând cu o proteină receptor de la suprafaţa porului respectiv, care le facilitează transportul prin extinderea orificiului canalului din structura porului.            Cromatina nucleară reprezintă substanţa din care sunt formaţi cromozomii, fiind compusă din filamente de ADN şi proteine numite histone.            In interfază, cromatina se prezintă sub forma relaxată, extinsă, a cromozomilor, iar în timpul diviziunii celulare, aceasta se reorganizează, formând structurile condensate, specifice cromozomilor.            Cromatina se colorează cu coloranţi bazici, datorită conţinutului mare de ADN. De asemenea, în interfază, se prezintă sub două forme tinctoriale: o reţea de filamente fine, slab colorate, care constituie eucromatina, sau sub forma mai condensată, puternic colorată, care se numeşte heterocromatina. Adesea, heterocromatina se înfăţişează sub forma unor corpusculi, numiţi cromocentri sau cariozomi. Heterocromatina este inactivă din punct de vedere metabolic, în timp ce eucromatina poate fi transcrisă.            Din punct de vedere al compoziţiei chimice, între eucromatină şi heterocromatină nu există deosebiri, fiind vorba despre aceeaşi substanţă constitutivă, însă ceea ce diferă la aceste două forme de prezentare a cromatinei este gradul lor de spiralizare, şi anume, mai condensate în heterocromatină şi mai lax în eurocromatină.

În general, există două forme de heterocromatină: constitutivă şi facultativă. Heterocromatina constitutivă este condensată permanent, în interfază, şi este prezentă, în mod constant, în toate tipurile de celule dintr-un organism biologic, nefiind transcrisă niciodată în ARN. În schimb, heterocromatina facultativă este condensată numai în anumite tipuri de celule şi numai în anumite perioade ale ciclului celular. Genele de pe aceasta heterocromatină pot fi utilizate

2

pentru sinteza de ARN şi se pot transmite, dacă heterocromatina facultativă se transformă în eucromatina. Din heterocromatina facultativă face parte şi formaţiunea numită cromatina sexuală sau corpusculul Barr. Cromatina sexuală are o formă triunghiulară sau semicirculară, cu baza, de obicei, lipită de partea internă a membranei nucleare şi vârful sau convexitatea îndreptate înspre centrul nucleului. De asemenea, cromatina sexuală este o caracteristică a sexului feminin, fiind pusă în evidenţă în celulele mucoasei bucale. Această cromatină sexuală apare, în proporţie de 20%, la femei, în timp ce la bărbaţii normali este absentă, şi reprezintă unul din cromozomii de sex feminin (X), inactiv din punct de vedere genetic.

Determinarea cantitativă a corpusculului Barr este utilizată în diagnosticarea diferitelor anomalii cromozomiale.

Nucleolul este prezent în toate celulele eucariote, cu excepţia celulelor embrionare, în structura cărora lipseşte pe toată perioada în care embrionul nu este hrănit de vitelus, sinteza de proteine fiind încă inexistentă.

În nucleol se sintetizează ARN ribosomal de care se ataşează proteinele ribozomale, provenite din citoplasmă. Astfel, se formează precursori ai ribozomilor, care, ulterior, trec prin porii nucleari în citoplasmă, unde se maturează, desăvârşindu-se procesul de biogeneză a ribozomilor, care controlează formarea nucleolilor la sfârşitul mitozei.La microscopul electronic se pot observa trei zone componente ale nucleolului:  a . componenta granulară, formată din particule cu diametrul de 15-20 nm, ce reprezintă precursorii ribozomilor şi este componenta dominantă. b. componenta fibrilară, alcătuită din fibre fine, cu diametrul de aproximativ 5 nm, compusă din ADN, pe matriţa căruia se sintetizează ARN ribosomal şi din produsul primar al acestei sinteze ARN. c. componenta amorfă, care umple spaţiul dintre granule şi fibre.

Nucleolul este înconjurat de cromatină, considerată ca fiind a patra componenta a nucleului.            Sub raportul compoziţiei chimice, nucleolul conţine trei componente principale: ADN, ARN si proteine, în proporţie de aproximativ 3%, 7% si respectiv, 90% din greutatea uscată. ADN este reprezentat de organizatorii nucleolari care pătrund in nucleol, sub forma unor bucle de ADN.            În general nucleolul ocupă aproximativ 30% din volumul nucleului, însă, cu cât celula este mai activă în sinteza proteinelor, cu atât raportul nucleolo-nulear este mai mare.            Valoarea acestui raport este extrem de importantă, deoarece reprezintă şi un criteriu de bază în stabilirea vârstei celulei, precum şi determinarea gradului de malignitate al unei celule.            Caracterele de celulă tânără sunt, de regulă, următoarele: nucleu mare şi eucrom, nucleol mare sau nucleoli multipli; citoplasma redusă şi bazofilă, în timp ce caracterele de celulă adultă sunt: nucleu mai mic, hipercrom, nucleol unic sau nucleoli foarte mici, citoplasmă abundentă.

Carioplasma sau matricea nucleară reprezintă porţiunea din nucleu, care este în mod aparent lipsită de structură, în care se afla cromatina nucleară şi nucleolul.            Această componenta a nucleului are un rol esenţial în determinarea formei nucleului, în sinteza de ADN şi ARN, precum şi în medierea efectelor unor hormoni steroizi, conţinând enzime pentru sinteza ADN, pentru formarea unor legături fosfatmacroergice, precum şi enzime ale metabolismului anaerob (glicoliza).            Matricea nucleară propriu-zisă este formată dintr-o reţea de proteine stabile, cu masă moleculară, fiind considerată echivalentul nuclear al citoscheletului. Din matricea nucleară face parte lamina nucleară sau fibroasă, aflată în faţa internă a învelişului nuclear.            Dinamismul matricei nucleare se remarcă şi în distribuirea proteinelor specifice matricei nucleare în citoplasmă, pe parcursul desfăşurării mitozei, precum şi în regenerarea acesteia după diviziune.

3