นิวเคลียสของเซลล์

นิวเคลียส (s. karyon) มีอยู่ในเซลล์ของมนุษย์ทั้งหมด ยกเว้นเม็ดเลือดแดงและเกล็ดเลือด หน้าที่ของนิวเคลียสคือจัดเก็บและถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมไปยังเซลล์ลูกใหม่ หน้าที่เหล่านี้เกี่ยวข้องกับการมี DNA อยู่ในนิวเคลียส การสังเคราะห์โปรตีน เช่น กรดนิวคลีอิกไรโบโซม RNA และวัสดุไรโบโซม ก็เกิดขึ้นในนิวเคลียสเช่นกัน

เซลล์ส่วนใหญ่มีนิวเคลียสรูปทรงกลมหรือรี แต่ยังมีนิวเคลียสรูปแบบอื่นๆ อีกด้วย (รูปวงแหวน รูปแท่ง รูปกระสวย รูปลูกปัด รูปถั่ว แบ่งส่วน รูปลูกแพร์ รูปร่างหลายรูปร่าง) ขนาดของนิวเคลียสจะแตกต่างกันมาก ตั้งแต่ 3 ถึง 25 ไมโครเมตร นิวเคลียสที่ใหญ่ที่สุดพบในเซลล์ไข่ เซลล์ของมนุษย์ส่วนใหญ่เป็นเซลล์โมโนนิวเคลียร์ แต่ก็มีเซลล์ไบนิวเคลียร์ด้วย (เซลล์ประสาทบางชนิด เซลล์ตับ เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ) โครงสร้างบางชนิดเป็นมัลตินิวเคลียร์ (เส้นใยกล้ามเนื้อ) นิวเคลียสมีเยื่อหุ้มนิวเคลียส โครมาติน นิวคลีโอลัส และนิวคลีโอพลาซึม

เยื่อหุ้มนิวเคลียสหรือที่เรียกว่า Caryotheca ซึ่งแยกเนื้อหาของนิวเคลียสออกจากไซโทพลาซึม ประกอบด้วยเยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นในและชั้นนอก แต่ละชั้นมีความหนา 8 นาโนเมตร เยื่อหุ้มแยกจากกันด้วยช่องว่างรอบนิวเคลียส (caryotheca cistern) กว้าง 20–50 นาโนเมตร ซึ่งประกอบด้วยวัสดุเนื้อละเอียดที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนปานกลาง เยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นนอกจะผ่านเข้าไปในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบเม็ด ดังนั้น ช่องว่างรอบนิวเคลียสจึงสร้างโพรงเดียวร่วมกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม เยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นในเชื่อมต่อจากด้านในกับเครือข่ายของเส้นใยโปรตีนที่แตกแขนงซึ่งประกอบด้วยหน่วยย่อยแต่ละหน่วย

เยื่อหุ้มนิวเคลียสประกอบด้วยรูพรุนนิวเคลียสกลมจำนวนมาก แต่ละรูมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 50-70 นาโนเมตร รูพรุนนิวเคลียสครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 25% ของพื้นผิวนิวเคลียสทั้งหมด จำนวนรูพรุนในนิวเคลียสหนึ่งมีถึง 3,000-4,000 รู ที่ขอบของรูพรุน เยื่อหุ้มชั้นนอกและชั้นในเชื่อมต่อกันและก่อตัวเป็นวงแหวนรูพรุน รูพรุนแต่ละรูปิดด้วยไดอะเฟรม ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าคอมเพล็กซ์รูพรุน ไดอะเฟรมรูพรุนมีโครงสร้างที่ซับซ้อน โดยก่อตัวจากเม็ดโปรตีนที่เชื่อมต่อกัน การขนส่งอนุภาคขนาดใหญ่แบบเลือกสรรและการแลกเปลี่ยนสารระหว่างนิวเคลียสและไซโตโซดีมของเซลล์จะดำเนินการผ่านรูพรุนนิวเคลียส

ใต้เยื่อหุ้มนิวเคลียสมีนิวคลีโอพลาซึม (karyoplasm) (nucleoplasm, s. karyoplasma) ซึ่งมีโครงสร้างเป็นเนื้อเดียวกัน และนิวคลีโอลัส ในนิวคลีโอพลาซึมของนิวเคลียสที่ไม่แบ่งตัว ในเมทริกซ์โปรตีนนิวเคลียสของมัน มีแกรนูลออสมิโอฟิลิก (กลุ่มก้อน) ของสิ่งที่เรียกว่าเฮเทอโรโครมาติน บริเวณที่มีโครมาตินที่คลายตัวมากขึ้น ซึ่งอยู่ระหว่างแกรนูล เรียกว่า ยูโครมาติน โครมาตินที่คลายตัวเรียกอีกอย่างว่าโครมาตินที่คลายตัว ซึ่งเป็นบริเวณที่กระบวนการสังเคราะห์เกิดขึ้นอย่างเข้มข้นที่สุด ในระหว่างการแบ่งเซลล์ โครมาตินจะอัดแน่น ควบแน่น และสร้างโครโมโซม

โครมาติน (chromatinum) ของนิวเคลียสที่ไม่แบ่งตัวและโครโมโซมของนิวเคลียสที่กำลังแบ่งตัวนั้นเกิดจากโมเลกุลของกรดนิวคลีอิกดีออกซีไรโบ (DNA) ที่เกี่ยวข้องกับกรดนิวคลีอิกไรโบ (RNA) และโปรตีน - ฮิสโตนและไม่ใช่ฮิสโตน ควรเน้นว่าโครมาตินและโครโมโซมนั้นเหมือนกันในทางเคมี

โมเลกุล DNA แต่ละโมเลกุลประกอบด้วยโซ่โพลีนิวคลีโอไทด์ยาว 2 โซ่ (เกลียวคู่) เรียงกันเป็นแนวตรง และนิวคลีโอไทด์แต่ละอันประกอบด้วยเบสไนโตรเจน กลูโคส และกรดฟอสฟอริก เบสอยู่ภายในเกลียวคู่ และโครงโครงกระดูกน้ำตาล-ฟอสเฟตอยู่ด้านนอก

ข้อมูลทางพันธุกรรมในโมเลกุลของ DNA จะถูกบันทึกในลำดับเชิงเส้นของนิวคลีโอไทด์ อนุภาคพื้นฐานของพันธุกรรมคือยีน ยีนเป็นส่วนหนึ่งของ DNA ที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์เฉพาะที่ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีนเฉพาะตัวหนึ่ง

โมเลกุลดีเอ็นเอในนิวเคลียสจะอัดแน่น ดังนั้น โมเลกุลดีเอ็นเอหนึ่งโมเลกุลที่มีนิวคลีโอไทด์ 1 ล้านตัวซึ่งเรียงตัวเป็นเส้นตรงจะกินพื้นที่เพียง 0.34 มิลลิเมตร โครโมโซมของมนุษย์หนึ่งโครโมโซมเมื่อขยายออกจะมีความยาวประมาณ 5 เซนติเมตร แต่เมื่อโครโมโซมอัดแน่น โครโมโซมจะมีปริมาตรประมาณ10 ^-15เซนติเมตร³

โมเลกุลของ DNA ที่ผูกติดกับโปรตีนฮิสโตนจะสร้างนิวคลีโอโซม ซึ่งเป็นหน่วยโครงสร้างของโครมาติน นิวคลีโอโซมมีลักษณะเป็นเม็ดกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 นาโนเมตร นิวคลีโอโซมแต่ละอันประกอบด้วยฮิสโตนซึ่งมีส่วนของ DNA พันอยู่โดยรอบ ซึ่งรวมถึงนิวคลีโอไทด์ 146 คู่ ระหว่างนิวคลีโอโซมมีส่วนที่เป็นเส้นตรงของ DNA ซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 60 คู่

โครมาตินแสดงด้วยเส้นใยที่รวมตัวกันเป็นวงยาวประมาณ 0.4 ไมโครเมตร โดยมีคู่ของนิวคลีโอไทด์จำนวน 20,000 ถึง 30,000 คู่

โครโมโซมจะมองเห็นได้จากการอัดแน่น (condensation) และการบิดตัว (superspecialization) ของ deoxyribonucleoproteins (DNP) ในนิวเคลียสที่กำลังแบ่งตัว ซึ่งโครงสร้างเหล่านี้ - โครโมโซม (chromasomae จากภาษากรีก chroma แปลว่า สี และ soma แปลว่า ร่างกาย) - มีลักษณะเป็นแท่งยาว มีแขน 2 แขนแยกจากกันด้วยสิ่งที่เรียกว่า การรัด (constriction) - เซนโทรเมียร์ โครโมโซม 3 ประเภทจะแยกความแตกต่างได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ และตำแหน่งสัมพันธ์และความยาวของแขน (ขา) ได้แก่ เมตาเซนทริก ซึ่งมีแขนที่ใกล้เคียงกัน ซับเมตาเซนทริก ซึ่งความยาวของแขนจะแตกต่างกัน และอะโครเซนทริก ซึ่งแขนข้างหนึ่งยาวและอีกข้างสั้นมาก จนแทบมองไม่เห็น โครโมโซมมีบริเวณ eu และ heterochromatic โดยบริเวณหลังจะแน่นหนาในนิวเคลียสที่ไม่แบ่งตัวและในระยะโพรเฟสแรกของไมโทซิส การสลับกันของภูมิภาค eu และ heterochromatic ใช้ในการระบุโครโมโซม

พื้นผิวของโครโมโซมถูกปกคลุมด้วยโมเลกุลต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไรโบนิวคลีโอโปรตีน (RNP) เซลล์ร่างกายมีโครโมโซม 2 ชุด เรียกว่า โฮโมโลกัส เซลล์เหล่านี้มีความยาว รูปร่าง โครงสร้างเหมือนกัน มียีนเดียวกัน ซึ่งตั้งอยู่ในทิศทางเดียวกัน ลักษณะโครงสร้าง จำนวน และขนาดของโครโมโซมเรียกว่า แคริโอไทป์ แคริโอไทป์ปกติของมนุษย์ประกอบด้วยออโตโซม 22 คู่และโครโมโซมเพศ 1 คู่ (XX หรือ XY) เซลล์ร่างกายของมนุษย์ (ดิพลอยด์) มีจำนวนโครโมโซมสองเท่า - 46 คู่ เซลล์เพศมีชุดฮาพลอยด์ (เดี่ยว) - 23 โครโมโซม ดังนั้น เซลล์เพศจะมี DNA น้อยกว่าเซลล์ร่างกายดิพลอยด์ 2 เท่า

นิวคลีโอลัสหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้นพบได้ในเซลล์ที่ไม่แบ่งตัวทั้งหมด มีลักษณะเป็นทรงกลมที่ถูกย้อมอย่างเข้มข้น โดยขนาดของนิวคลีโอลัสจะแปรผันตามความเข้มข้นของการสังเคราะห์โปรตีน นิวคลีโอลัสประกอบด้วยนิวคลีโอโลนีมาที่มีอิเล็กตรอนหนาแน่น (จากภาษากรีก peta ซึ่งแปลว่า เส้นด้าย) ซึ่งแยกส่วนเส้นใย (fibrillar) ซึ่งประกอบด้วยเส้นใย RNA ที่พันกันหลายเส้นซึ่งมีความหนาประมาณ 5 นาโนเมตร และส่วนเม็ด ส่วนเม็ด (granular) ก่อตัวจากเมล็ดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15 นาโนเมตร ซึ่งเป็นอนุภาค RNP ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของซับยูนิตไรโบโซม โครมาตินรอบนิวคลีโอลัสฝังอยู่ในแอ่งของนิวคลีโอโลนีมา ไรโบโซมก่อตัวในนิวคลีโอลัส

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]